СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АГРЕГАТА ЧАСТИЦ, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДНОЙ ПЛАСТИНЫ И АГРЕГАТ ЧАСТИЦ
METHOD OF PRODUCING AGGREGATE OF PARTICLES, METHOD OF MAKING ELECTRODE PLATE AND AGGREGATE OF PARTICLES

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Область техники
[0001] Настоящее изобретение относится к способу получения агрегата частиц, образованного агрегированными влажными частицами, в том числе частицами активного материала, проводящими частицами, связующим веществом и дисперсионной средой, способу изготовления электродной пластины с использованием агрегата частиц, и к агрегату частиц.
Уровень техники
[0002] Электродная пластина, используемая в устройстве накопления энергии, в частности, в аккумуляторной батарее и конденсаторе, на уровне техники известна как пластина, содержащая слой активного материала, в состав которого входят частицы активного материала, проводящие частицы и связующее вещество, и помещенная на токосъемную фольгу. Такую электродную пластину изготавливают, например, следующим способом. Сначала получают агрегат частиц, в котором агрегированы влажные частицы, в частности, частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионная среда. В частности, агрегат частиц, образованный влажными частицами, получают, например, путем смешивания и гранулирования частиц активного материала, проводящих частиц, связующего вещества и дисперсионной среды с использованием гранулятора-смесителя перемешивающего типа, предназначенного для смешивания и гранулирования материалов. Патентный документ 1 раскрывает один пример использования гранулятора-смесителя перемешивающего типа для получения агрегата частиц из влажных частиц (см. ФИГ. 1 и прочие фигуры из Патентного документа 1).
[0003] Другой способ заключается в использовании вальцового пресса с тремя валками (первым валком, вторым валком, расположенным параллельно первому валку, и третьим валком, расположенным параллельно второму валку). Вышеупомянутый агрегат частиц выполнен с возможностью прохождения через первый зазор между первым и вторым валком при прокатке, в результате чего на втором валке образуется непросушенная пленка активного материала. После этого непросушенную пленку активного материала на втором валке переносят на токосъемную фольгу, прошедшую через второй зазор между вторым и третьим валками. Далее непросушенную пленку активного материала на токосъемной фольге высушивают с образованием слоя активного материала. Таким образом изготавливают электродную пластину, содержащую слой активного материала на токосъемной фольге.
Документы по предшествующему уровню техники
Патентные документы
[0004] Патентный документ 1: JP 2018-060678 A
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0005] Если электродную пластину изготавливают из агрегата частиц, полученного в вышеописанном грануляторе-смесителе перемешивающего типа, при образовании некоторых непросушенных пленок активного материала частицы активного материала и проводящие частицы распределяются неравномерно. Таким образом, гранулятор-смеситель перемешивающего типа не может гарантировать равномерное распределение частиц активного материала и проводящих частиц, в результате чего в некоторых из полученных влажных частиц будут неравномерно диспергированы частицы активного материала и проводящие частицы. Соответственно, когда агрегат частиц, содержащий вышеупомянутые неравномерно диспергированные влажные частицы, прокатывают с образованием непросушенной пленки активного материала, в полученной пленке будут неравномерно диспергированы частицы активного материала и проводящие частицы.
[0006] Задачей настоящего изобретения является преодоление вышеупомянутых недостатков путем разработки способа получения агрегата частиц, в котором будут агрегированы влажные частицы, в частности, однородно диспергированные частицы активного материала и проводящие частицы, способа изготовления электродной пластины с использованием агрегата частиц и агрегат частиц.
Средства решения указанных проблем
[0007] Первый объект настоящего изобретения, направленный на решение вышеупомянутой проблемы, представляет собой способ получения агрегата частиц, образованного агрегированными влажными частицами, содержащими частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионную среду, при этом способ включает первый этап получения первичной смеси путем смешивания проводящих частиц с дисперсией связующего вещества, в которой связующее вещество диспергировано в дисперсионной среде; второй этап получения похожей на глину смеси путем перемешивания первичной смеси с частицами активного материала; и третий этап получения агрегата частиц путем агрегирования влажных частиц, образованных из похожей на глину смеси.
[0008] В описанном выше способе получения агрегата частиц на первом этапе смешивают проводящие частицы и дисперсию связующего вещества для получения первичной смеси. Если частицы активного материала и проводящие частицы, имеющие различную объемную плотность, необходимо одновременно смешивать с дисперсией вязкого связующего вещества, в которой связующее вещество диспергировано в дисперсионной среде, то бывает трудно равномерно распределить частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионную среду. С другой стороны, подтвердилось, что если с вязкой дисперсией связующего вещества смешиваются только проводящие частицы без одновременного добавления частиц активного материала, то проводящие частицы будут равномерно диспергированы в дисперсии связующего вещества. Таким образом, на первом этапе может быть получена первичная смесь, обеспечивающая равномерную дисперсию проводящих частиц, связующего вещества и дисперсионной среды.
[0009] После этого на втором этапе получают похожую на глину смесь путем перемешивания первичной смеси с частицами активного материала. Подтвердилось, что образование первичной смеси на первом этапе до смешивания первичной смеси с частицами активного материала приводит к равномерной дисперсии частиц активного материала, проводящих частиц, связующего вещества и дисперсионной среды. Соответственно, на втором этапе может быть получена похожая на глину смесь, обеспечивающая равномерную дисперсию частиц активного материала, проводящих частиц, связующего вещества и дисперсионной среды.
[0010] На третьем этапе из похожей на глину смеси получают агрегат частиц, в котором агрегированы влажные частицы. Похожая на глину смесь содержит равномерно распределенные частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионную среду; соответственно, влажные частицы также содержат равномерно распределенные частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионную среду. Таким образом, согласно вышеописанному способу получения агрегат частиц может быть приготовлен из агрегированных влажных частиц, в состав которых входят равномерно распределенные частицы активного материала и проводящие частицы.
[0011] Способ смешивания первичной смеси с частицами активного материала на втором этапе может включать в себя любое из следующего: смешивание в порционном смесителе или смешивание в смесителе непрерывного действия. Кроме того, можно использовать смеситель с одним валом, смеситель с двумя валами, смеситель с тремя и более валами.
[0012] Примеры способа получения влажных частиц на третьем этапе включают получение влажных частиц путем выталкивания похожей на глину смеси из мелких отверстий и последующего срезания, путем разрезания в поперечном и вертикальном направлении похожей на глину смеси, уложенной в форме пластины, или путем выпускания похожей на глину смеси в форме полосы и последующего ее разрезания. Кроме того, другой пример предусматривает округление влажных частиц, полученных вышеуказанными способами.
[0013] В вышеуказанном способе получения агрегата частиц, предпочтительно, отношение объемной плотности частиц активного материала к объемной плотности проводящих частиц (частицы активного материала/проводящие частицы) составляет 15 и более.
[0014] В слое активного материала электродной пластины проводящие частицы располагаются между соседними частицами активного материала, образуя проводящие пути. Подтвердилось, что чем выше отношение объемной плотности проводящих частиц к объемной плотности частиц активного материала, иными словами, чем меньше отношение объемных плотностей частиц активного материала и проводящих частиц (частицы активного материала/проводящие частицы), тем меньше будет проводимость слоя активного материала. Таким образом, при низком отношении объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) увеличение коэффициента распределения проводящих частиц и уменьшение коэффициента распределения частиц активного материала в слое активного материала существенны для обеспечения проводимости слоя активного материала. Чем ниже коэффициент распределения частиц активного материала в слое активного материала, тем меньше удельная энергоемкость (Вт*ч/кг) аккумуляторной батареи, содержащей электродную пластину. Следовательно, необходимо увеличить отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы), чтобы повысить удельную энергоемкость при изготовлении аккумуляторной батареи.
[0015] Однако было обнаружено, что в электродной пластине, сформированной из обычных агрегатов частиц, агрегированных смесителем-гранулятором перемешивающего типа, трудно равномерно распределить частицы активного материала и проводящие частицы в сформированной непросушенной пленке активного материала при очень низком отношении объемной плотности проводящих частиц к объемной плотности частиц активного материала, особенно если отношение объемной плотности частиц активного материала и проводящих частиц (частиц активного материала/проводящих частиц) составляет 15 или более.
[0016] Для решения этой проблемы вышеописанный способ получения агрегата частиц предусматривает первый этап, на котором проводящие частицы смешивают с дисперсией связующего вещества и получают первичную смесь, в которой равномерно диспергированы проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионная среда, и второй этап, на котором первичную смесь смешивают с частицами активного материала, как было указано выше. Соответственно, частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионную среду можно равномерно распределить даже в том случае, если отношение объемной плотности частиц активного материала и проводящих частиц (частицы активного материала/проводящие частицы) велико. Иными словами, даже при большом отношении объемной плотности (частицы активного материала/проводящие частицы) можно получить похожую на глину смесь, в которой могут быть равномерно распределены частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионная среда. На последующем третьем этапе из этой похожей на глину смеси можно получить агрегат частиц, образованный влажными частицами, в которых равномерно диспергированы частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионная среда. Таким образом, согласно вышеописанному способу получения агрегат частиц, образованный агрегированными влажными частицами, в которых равномерно диспергированы частицы активного материала и проводящие частицы, может быть получен даже при отношении объемной плотности (частицы активного материала/проводящие частицы) 15 и более.
3
3
[0017] «Объемную плотность» измеряют следующим способом. В частности, подготавливают цилиндрический контейнер с дном с внутренним радиусом 50,5 мм и высотой 50 мм, в который аккуратно засыпают порошок (частицы активного материала или проводящие частицы) до тех пор, пока контейнер не будет полностью заполнен порошком. После этого избыток порошка удаляют с верхней поверхности контейнера таким образом, чтобы верхняя поверхность контейнера оказалась на одном уровне с порошком в контейнере. Далее измеряют массу (г) порошка в контейнере и делят на объем (см) контейнера, получая объемную плотность (г/см) порошка.
[0018] В данном тексте под «отношением объемной плотности частиц активного материала к объемной плотности проводящих частиц (частицы активного материала/проводящие частицы)» понимают отношение объемной плотности частиц активного материала к объемной плотности проводящих частиц.
3
[0019] В способе получения агрегата частиц по любому из вышеуказанных аспектов, предпочтительно, объемная плотность проводящих частиц составляет 0,08 г/см и менее.
3
3
[0020] Если объемная плотность проводящих частиц невелика, в частности, если объемная плотность составляет 0,08 г/см и менее, влажные частицы трудно сформировать таким образом, чтобы частицы активного материала и проводящие частицы были равномерно диспергированы. Для решения этой проблемы вышеописанный способ получения агрегата частиц предусматривает первый этап, на котором проводящие частицы смешивают с дисперсией связующего вещества и получают первичную смесь, в которой равномерно диспергированы проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионная среда, и второй этап, на котором первичную смесь смешивают с частицами активного материала. Соответственно, частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионная среда могут быть равномерно распределены даже при небольшой объемной плотности проводящих частиц. Это позволяет получить похожую на глину смесь, в которой частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионная среда равномерно распределены даже при небольшой объемной плотности проводящих частиц. На последующем третьем этапе из этой похожей на глину смеси можно получить агрегат частиц, образованный влажными частицами, в которых равномерно диспергированы частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионная среда. Таким образом, согласно вышеописанному способу получения агрегат частиц, образованный агрегированными влажными частицами, в которых равномерно диспергированы частицы активного материала и проводящие частицы, может быть получен даже при объемной плотности проводящих частиц 0,08 г/см и менее.
[0021] В способе получения агрегата частиц по любому из вышеуказанных аспектов, предпочтительно, третий этап предусматривает гранулирование цилиндрических влажных частиц путем выталкивания и срезания похожей на глину смеси из выпускного отверстия экструдера.
[0022] Если агрегат частиц получают с использованием смесителя-гранулятора перемешивающего типа, разброс размера влажных частиц будет очень большим. При таком большом разбросе размера влажных частиц при формировании непросушенной пленки активного материала на вышеупомянутом вальцовом прессе влажные частицы большого диаметра не будут соответствующим образом прокатаны в первом зазоре между первым валком и вторым валком, но застрянут в первом зазоре. Это приведет к образованию полосовых дефектов на непросушенной пленке активного материала на втором валке, вследствие чего непросушенная пленка активного материала, впоследствии перенесенная на токосъемную фольгу, также будет иметь полосовые дефекты.
[0023] В вышеописанном способе получения агрегата частиц, с другой стороны, на третьем этапе похожую на глину смесь выталкивают из отверстия экструдера и разрезают на цилиндрические влажные частицы, в результате чего образуются влажные частицы с меньшим разбросом размеров по сравнению с обычными влажными частицами, изготовленными в смесителе-грануляторе перемешивающего типа. Соответственно, предложенный способ предотвращает застревание влажных частиц в первом зазоре между первым валком и вторым валком при изготовлении непросушенной пленки активного материала вышеупомянутым вальцовым прессом, благодаря чему непросушенная пленка активного материала, формируемая на втором валке и переносящаяся на токосъемную фольгу, не содержит полосовых дефектов.
[0024] В вышеописанном способе получения агрегата частиц, предпочтительно, третий этап предусматривает гранулирование влажных частиц, каждая из которых имеет цилиндрическую форму с диаметром и высотой в диапазоне от 0,5 до 2,0 диаметра.
[0025] В вышеописанном способе получения агрегата частиц каждая влажная частица имеет цилиндрическую форму с диаметром и высотой в диапазоне от 0,5 до 2,0 диаметра. Полученные таким образом влажные частицы имеют меньший разброс размера частиц по сравнению с обычными влажными частицами, изготовленными в смесителе-грануляторе перемешивающего типа. Кроме того, высота каждой из влажных частиц не слишком велика и не слишком мала относительно диаметра, благодаря чему предотвращается застревание влажных частиц в первом зазоре между первым валком и вторым валком, когда с помощью вышеупомянутого вальцового пресса формируется непросушенная пленка активного материала. Соответственно, на непросушенной пленке активного материала на втором валке, впоследствии переносящейся на токосъемную фольгу, не будет иметься полосовых дефектов.
[0026] В способе получения агрегата частиц по любому из вышеуказанных аспектов предпочтительно последовательно выполняют первый этап и второй этап для непрерывного производства похожей на глину смеси.
[0027] В вышеописанном способе получения агрегата частиц первый и второй этап последовательно выполняются для непрерывного производства похожей на глину смеси, что позволяет производить похожую на глину смесь с высокой эффективностью.
[0028] В вышеописанном способе получения агрегата частиц, предпочтительно, первый этап предусматривает смешивание проводящих частиц с дисперсией связующего вещества в смесителе с двумя валами для образования первичной смеси, а второй этап - добавление в первичную смесь частиц активного материала и смешивание в смесителе с двумя валами для образования похожей на глину смеси.
[0029] В вышеописанном способе получения агрегата частиц на первом этапе используют смеситель с двумя валами для смешивания проводящих частиц и дисперсии связующего вещества с образованием первичной смеси, что, соответственно, позволяет легко и непрерывно получать первичную смесь. Кроме того, на втором этапе в первичную смесь добавляют частицы активного материала и выполняют смешивание в этом смесителе с двумя валами для образования похожей на глину смеси. Таким образом, после первого этапа можно последовательно выполнять второй этап, в результате чего легко и непрерывно образуется похожая на глину смесь.
[0030] В способе получения агрегата частиц по любому из вышеупомянутых аспектов, предпочтительно, третий этап последовательно выполняют после второго этапа для непрерывного получения агрегата частиц, в котором агрегированы влажные частицы.
[0031] В вышеописанном способе получения агрегата частиц третий этап последовательно выполняют после второго этапа, что позволяет непрерывно производить агрегаты частиц путем последовательного выполнения первого, второго и третьего этапа. Соответственно, можно эффективно получать агрегаты частиц.
[0032] В вышеописанном способе получения агрегата частиц, предпочтительно, первый, второй и третий этапы выполняют последовательно с использованием смесителя с двумя валами и экструдера, расположенного после этого смесителя с двумя валами, причем первый этап предусматривает смешивание проводящих частиц с дисперсией связующего вещества в смесителе с двумя валами для образования первичной смеси, второй этап предусматривает добавление в первичную смесь частиц активного материала и смешивание в смесителе с двумя валами для образования похожей на глину смеси, а третий этап предусматривает выталкивание похожей на глину смеси из выпускного отверстия экструдера и ее разрезание для гранулирования цилиндрических влажных частиц.
[0033] В вышеописанном способе получения агрегата частиц первый, второй и третий этап выполняются последовательно с использованием смесителя с двумя валами и экструдера расположенного после смесителя с двумя валами, что позволяет легко и непрерывно производить агрегат частиц.
[0034] Следующий объект настоящего изобретения представляет собой способ изготовления электродной пластины, содержащей токосъемную фольгу и слой активного материала, содержащий частицы активного материала, проводящие частицы и связующее вещество, причем способ включает следующие этапы: процесс получения агрегата частиц из агрегированных влажных частиц, в состав которых входят частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионная среда, в соответствии со способом получения агрегата частиц по любому из вышеперечисленных аспектов, процесс формирования непросушенной пленки с образованием непросушенной пленки активного материала на токосъемной фольге путем прокатывания агрегата частиц и процесс сушки непросушенной пленки активного материала на токосъемной фольге с образованием слоя активного материала.
[0035] В вышеописанном способе изготовления электродной пластины агрегат частиц получают вышеописанным способом получения агрегата частиц в процессе получения агрегата частиц. Таким образом, этот агрегат частиц состоит из влажных частиц, в которых равномерно распределены частицы активного материала и проводящие частицы. Соответственно, в процессе формирования непросушенной пленки может быть получена непросушенная пленка активного материала, содержащая равномерно диспергированные частицы активного материала и проводящие частицы. В дальнейшем на этапе сушки может быть получен слой активного материала, содержащий равномерно диспергированные частицы активного материала и проводящие частицы.
[0036] В вышеописанном способе изготовления электродной пластины для непрерывного изготовления слоев активного материала, предпочтительно, последовательно выполняют процесс получения агрегата частиц, процесс формирования непросушенной пленки и процесс сушки.
[0037] В вышеописанном способе изготовления электродной пластины для непрерывного изготовления слоев активного материала и, тем самым, для эффективного производства электродных пластин последовательно выполняют процесс получения агрегата частиц, процесс формирования непросушенной пленки и процесс сушки.
[0038] В вышеописанном способе изготовления электродной пластины, предпочтительно, процесс формирования непросушенной пленки включает этап формирования пленки, на котором агрегат частиц пропускают и прокатывают через первый зазор между первым валком и вторым валком, расположенным параллельно первому валку, для формирования непросушенной пленки активного материала на втором валке; и этап переноса непросушенной пленки активного материала, намотанной на второй валок, на токосъемную фольгу, проходящую через второй зазор, находящийся между вторым валком и третьим валком, расположенным параллельно второму валку.
[0039] В вышеописанном способе изготовления электродной пластины процесс формирования непросушенной пленки включает вышеописанный этап формирования пленки и этап переноса, и непросушенная пленка активного материала формируется на токосъемной фольге посредством выполнения этих этапов. Соответственно, можно легко сформировать непросушенную пленку активного материала на токосъемной фольге, кроме того, можно непрерывно производить непросушенную электродную пластину, содержащую непросушенную пленку активного материала, помещенную на токосъемную фольгу.
[0040] Следующий объект настоящего изобретения представляет собой агрегат частиц, в котором агрегированы влажные частицы, в состав которых входят частицы активного материала, проводящие частицы, связующее вещество и дисперсионную среду, причем влажные частицы образованы из похожей на глину смеси, а агрегат частиц имеет давление сдвига 0,3 МПа или менее при испытании на пластичность путем прессования агрегата частиц с давлением 2,0 МПа и измерения напряжения сдвига, необходимого для смещения агрегата частиц на 1,0 мм в направлении, перпендикулярном направлению прессования.
[0041] В вышеописанном агрегате частиц влажные частицы образуются из похожей на глину смеси, а агрегат частиц имеет напряжение сдвига 0,3 МПа и менее при вышеописанном испытании на пластичность. Подтвердилось, что во влажных частицах, входящих в этот агрегат частиц, обладающий хорошей пластичностью, частицы активного материала и проводящие частицы распределены более равномерно, чем в обычном агрегате частиц, полученном в смесителе-грануляторе перемешивающего типа. Соответственно, когда агрегат частиц, обладающий вышеуказанными характеристиками, прокатывают и переносят на токосъемную фольгу для формирования электродной пластины, в непросушенной пленке активного материала, сформированной на токосъемной фольге, и в слое активного материала, образованном сушкой непросушенной пленки активного материала, можно добиться равномерного распределения частиц активного материала и проводящих частиц.
[0042] «Испытание на пластичность» выполняют следующим образом. В частности, агрегат частиц удерживают между первым цилиндрическим контейнером с дном и вторым цилиндрическим контейнером с дном и сжимают с давлением 2,0 МПа в осевом направлении (направлении прессования) первого контейнера и второго контейнера. В таком спрессованном состоянии второй контейнер перемещают в направлении, перпендикулярном направлению прессования, после чего измеряют напряжение сдвига, необходимое для смещения второго контейнера на 1,0 мм в перпендикулярном направлении.
[0043] В вышеописанном агрегате частиц, предпочтительно, отношение объемной плотности частиц активного материала к объемной плотности проводящих частиц (частицы активного материала/проводящие частицы) составляет 15 и более.
[0044] В вышеописанном агрегате частиц, как было указано ранее, влажные частицы образованы из похожей на глину смеси, а агрегат частиц имеет напряжение сдвига 0,3 МПа и менее при испытании на пластичность. Таким образом, частицы активного материала и проводящие частицы будут равномерно распределены, даже если отношение объемной плотности частиц активного материала к объемной плотности проводящих частиц (частицы активного материала/проводящие частицы) составляет 15 и более. Соответственно, формирование электродной пластины из этого агрегата частиц позволяет обеспечить равномерное распределение частиц активного материала и проводящих частиц в непросушенной пленке активного материала, сформированной на токосъемной фольге, и равномерного распределения слоя активного материала с высушенной непросушенной пленкой активного материала.
3
[0045] В агрегате частиц по любому из вышеуказанных аспектов, предпочтительно, объемная плотность проводящих частиц составляет 0,08 г/см и менее.
3
[0046] В вышеописанном агрегате частиц, как было указано ранее, влажные частицы образуются из похожей на глину смеси, а агрегат частиц имеет напряжение сдвига 0,3 МПа и менее при испытании на пластичность. Таким образом, частицы активного материала и проводящие частицы будут равномерно распределены, даже если объемная плотность проводящих частиц составляет 0,08 г/см и менее. Соответственно, формирование электродной пластины из этого агрегата частиц позволяет обеспечить равномерное распределение частиц активного материала и проводящих частиц в непросушенной пленке активного материала и слое активного материала на токосъемной фольге.
[0047] В агрегате частиц по любому из вышеуказанных аспектов, предпочтительно, каждая из цилиндрических влажных частиц имеет диаметр и высоту в диапазоне от 0,5 до 2,0 диаметра.
[0048] Вышеописанный агрегат частиц представляет собой агрегат, образованный агрегированными цилиндрическими влажными частицами, каждая из которых имеет диаметр и высоту в диапазоне от 0,5 до 2,0 диаметра, причем этот агрегат имеет меньший разброс размера частиц по сравнению с обычными влажными частицами, образованными смесителем-гранулятором перемешивающего типа. Кроме того, высота каждой из влажных частиц не слишком велика и не слишком мала относительно диаметра, благодаря чему можно предотвратить застревание влажных частиц в первом зазоре между первым и вторым валками, когда с помощью вышеупомянутого вальцового пресса формируется непросушенная пленка активного материала. Соответственно, можно предотвратить появление полосовых дефектов на непросушенной пленке активного материала, формируемой на втором валке и впоследствии переносящейся на токосъемную фольгу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0049] На ФИГ. 1 в аксонометрии изображена пластина положительного электрода в примере осуществления изобретения;
На ФИГ. 2 в аксонометрии изображена влажная частица в примере осуществления изобретения;
На ФИГ. 3 приведен снимок под растровым электронным микроскопом влажных частиц в примере осуществления изобретения;
На ФИГ. 4 изображен увеличенный фрагмент приведенного на ФИГ. 3 снимка влажных частиц под растровым электронным микроскопом;
На ФИГ. 5 изображена пояснительная схема испытания агрегата частиц на пластичность;
На ФИГ. 6 изображен график, иллюстрирующий взаимосвязь между смещением и напряжением сдвига агрегатов частиц в примере осуществления изобретения и сравнительном примере согласно испытанию на пластичность;
На ФИГ. 7 изображен график, иллюстрирующий взаимосвязь между разницей цвета материала (яркостью) и количеством пикселей пластин положительных электродов согласно примеру осуществления изобретения и сравнительному примеру;
На ФИГ. 8 изображена блок-схема способа изготовления пластины положительного электрода для примера осуществления изобретения;
На ФИГ. 9 изображена блок-схема, иллюстрирующая фрагмент первого процесса производства агрегата частиц для примера осуществления изобретения;
На ФИГ. 10 изображена блок-схема, иллюстрирующая фрагмент второго процесса производства агрегата частиц для примера осуществления изобретения;
На ФИГ. 11 изображена пояснительная схема, иллюстрирующая способ формирования похожей на глину смеси с использованием смешивающего устройства с двумя валами в соответствии со способом получения агрегата частиц в примере осуществления изобретения;
На ФИГ. 12 изображена пояснительная схема, иллюстрирующая способ формирования влажных частиц с использованием экструдера в соответствии со способом получения агрегата частиц в примере осуществления изобретения;
На ФИГ. 13 изображена пояснительная схема, иллюстрирующая способ формирования непросушенной пленки активного материала на токосъемной фольге с использованием вальцового пресса в соответствии со способом изготовления пластины положительного электрода в примере осуществления изобретения;
На ФИГ. 14 изображен снимок влажных частиц под растровым электронным микроскопом в сравнительном примере; и
На ФИГ. 15 изображен увеличенный фрагмент приведенного на ФИГ. 14 снимка влажных частиц под растровым электронным микроскопом.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0050] Вариант осуществления настоящего изобретения будет подробно объяснен ниже на примере прилагаемых чертежей. На ФИГ. 1 показан вид в аксонометрии пластины 1 положительного электрода (электродной пластины) в соответствии с вариантом осуществления изобретения. В последующем описании продольное направление ЕН, поперечное направление FH и направление GH толщины пластины 1 положительного электрода определены как направления, указанные на ФИГ. 1. Эта пластина 1 положительного электрода представляет собой пластину положительного электрода в форме полосы, используемую для изготовления герметичной параллельной литий-ионной вторичной батареи, установленной в транспортном средстве, в частности, гибридном транспортном средстве, подзаряжаемом гибридном транспортном средстве и электрическом транспортном средстве, в частности, пластину положительного электрода в форме полосы, используемую для изготовления плоского корпуса электрода с намоткой.
[0051] Пластина 1 положительного электрода содержит токосъемную фольгу 3, выполненную из алюминиевой фольги в форме полосы, проходящей в продольном направлении ЕН. Центральная часть первой первичной поверхности 3а токосъемной фольги 3, проходящей в поперечном направлении FH и продольном направлении ЕН, покрыта слоем 5 первого активного материала в форме полосы. Кроме того, в центральной области, проходящей в поперечном направлении FH и продольном направлении ЕН второй первичной поверхности 3b на другой стороне токосъемной фольги 3, противоположной первой первичной поверхности 3а, сформирован второй слой 6 активного материала в форме полосы. Первый слой 5 активного материала и второй слой 6 активного материала не предусмотрены в направлении GH толщины на обоих концах в поперечном направлении FH пластины 1 положительного электрода; таким образом, каждый из концов имеет открытую часть 1m, в которой токосъемная фольга 3 открыта в направлении GH толщины.
[0052] Как первый слой 5 активного материала, так и второй слой 6 активного материала состоит из частиц 11 активного материала, проводящих частиц 12 и связующего вещества 13. В каждом случае соотношение частиц 11 активного материала, проводящих частиц 12 и связующего 13 составляет 94,5:4,0:1,5.
3
[0053] Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения частицы 11 активного материала представляют собой положительные частицы активного материала, в которые вставлены и удалены ионы лития, в частности частицы оксида лития, никеля, марганца и кобальта как пример частиц сложного оксида лития и металла переходной группы. Каждая из частиц активного материала имеет средний диаметр 6 мкм и объемную плотность 1,12 г/см.
3
3
[0054] Проводящие частицы 12 представляют собой проводящие частицы на основе углерода, изготовленные из материала на основе углерода, в частности, из частиц ацетиленовой сажи (АВ). Средний диаметр проводящих частиц 12 составляет 0,03 мкм, а объемная плотность составляет 0,08 г/см и менее (в настоящем варианте осуществления изобретения 0,06 г/см). Соответственно, отношение объемной плотности частиц 11 активного материала к объемной плотности проводящих частиц 12 (частицы активного материала/проводящие частицы) составляет 15 и более (в настоящем варианте осуществления изобретения 1,12/0,06=18,7). Таким образом, большое отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) или, иными словами, малое отношение объемной плотности проводящих частиц 12 к объемной плотности частиц 11 активного материала снижает долю проводящих частиц 12, необходимую для обеспечения проводимости первых слоев 5 активного материала и вторых слоев 6 активного материала (в настоящем варианте осуществления изобретения 4,0 весовых %) и, кроме того, увеличивает долю частиц 11 активного материала (в настоящем варианте осуществления изобретения 94,5 весовых %).
[0055] Далее, связующее вещество 13 может представлять собой поливинилиденфторид (ПВДФ).
3
3
[0056] Как первый слой 5 активного материала, так и второй слой 6 активного материала, как будет описано ниже, образован агрегатом частиц, в котором агрегированы влажные частицы 21 (см. ФИГ. 2). Каждая из влажных частиц 21 имеет цилиндрическую форму с диаметром D (в настоящем варианте осуществления D=2,0 мм) и высотой Н = от 0,5D до 2,0D (в настоящем варианте осуществления изобретения Н=D=2,0 мм). Кроме того, влажные частицы 21 изготовлены из похожей на глину смеси, образованной частицами 11 активного материала, проводящими частицами 12, связующим веществом 13 и дисперсионной средой 14. Соответственно, отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12, использующихся для изготовления влажных частиц 21, составляет 15 и более (в настоящем варианте осуществления изобретения 18,7), а объемная плотность проводящих частиц 12 составляет 0,08 г/см и менее (в настоящем варианте осуществления изобретения 0,06 г/см).
[0057] Агрегат 22 частиц характеризуется напряжением Pb сдвига 0,3 МПа и менее (точнее, примерно 0,1 МПа) по данным испытания на пластичность (см. фиг. 5). Это испытание на пластичность выполняют следующим образом: агрегат частиц удерживают между первым цилиндрическим контейнером 51 с дном и вторым цилиндрическим контейнером 52 с дном, а затем прессуют с давлением 2,0 МПа в осевом направлении первого контейнера 51 и второго контейнера 52 (в направлении ВН прессования, показанном на ФИГ. 5 как вертикальное направление). В этом спрессованном состоянии второй контейнер 52 перемещают в направлении СН (в направлении вправо на ФИГ. 5), перпендикулярном направлению ВН прессования. После этого измеряют напряжение РЬ сдвига (МПа), необходимое для смещения второго контейнера 52 в перпендикулярном направлении СН на х=1,0 мм. Давление (2,0 МПа), приложенное в указанном выше направлении ВН прессования, было определено на основе давления прессования, прилагаемого к агрегату 22 частиц при прохождении между первым валком 210 и вторым валком 220, когда непросушенную пленку активного материала (первую непросушенную пленку 5х активного материала или вторую непросушенную пленку 6х активного материала) формируют из агрегата 22 частиц с использованием вальцового пресса 200 (см. ФИГ. 13), который будет описан ниже.
[0058] На ФИГ. 6 изображен график, иллюстрирующий взаимосвязь величины смещения x (мм) и напряжения РЬ сдвига (МПа) при испытании на пластичность. Как показано на ФИГ. 6, агрегат 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения характеризуется напряжением Pb сдвига около 0,1 МПа, необходимым для смещения второго контейнера 52 на величину смещения х=1,0 мм в перпендикулярном направлении СН согласно испытанию на пластичность.
[0059] С другой стороны, обычный агрегат 922 частиц (в дальнейшем также называемый агрегатом 922 частиц согласно сравнительному примеру) изготавливают одновременным смешиванием частиц 11 активного материала, проводящих частиц 12 и дисперсии 15 связующего вещества, в которой связующее вещество 13 диспергируют в дисперсионной среде 14 с использованием смесителя-гранулятора перемешивающего типа. Этот обычный агрегат 922 частиц подвергают аналогичному испытанию на пластичность, и результат испытания показывает, что для смещения второго контейнера 52 на х=1,0 мм в перпендикулярном направлении СН требуется напряжение сдвига РЬ 0,5 МПа (см. ФИГ. 6). Соответственно, по данным испытания на пластичность напряжение РЬ сдвига агрегата 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения значительно меньше, чем у агрегата 922 частиц согласно сравнительному примеру. Агрегат 22 частиц, обладающий превосходной пластичностью, обладает меньшим разбросом дисперсии связующего вещества 15 во влажных частицах, как будет описано ниже, и частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 равномерно распределены во влажных частицах 21.
[0060] На ФИГ. 3 представлен сделанный под растровым электронным микроскопом снимок фрагмента влажной частицы 21 согласно настоящему варианту осуществления изобретения. На ФИГ. 4 изображен увеличенный фрагмент показанного на ФИГ. 3 сделанного под растровым электронным микроскопом снимка влажной частицы 21. Пунктирная линия А на ФИГ. 3 обозначает поверхность цилиндрической частицы влажной частицы 21. На ФИГ. 3 и 4 гранулированные белые крупные частицы являются частицами 11 активного материала. Большое количество проводящих частиц 12 находится в пространстве между соседними частицами 11 активного материала (на ФИГ. 3 и 4 проводящие частицы 12 представлены в виде черных частей).
[0061] На ФИГ. 4 серые части, в основном окружающие частицы 11 активного материала, обозначают дисперсию связующего вещества 15, в которой связующее вещество 13 диспергировано в дисперсионной среде 14. Положения, в которых существует дисперсия связующего вещества 15, определяются растровым электронным микроскопом Cryo FIB. В частности, испытательный образец помещают в среду -130°С для наблюдения под растровым электронным микроскопом, и это изображение сравнивают с изображением под растровым электронным микроскопом части испытательного образца после того, как дисперсионная среда 14 будет сублимирована из испытательного образца. Таким образом идентифицируют часть, в которой дисперсия 15 связующего вещества существует до сублимации.
[0062] Кроме того, на ФИГ. 14 и на ФИГ. 15 показаны изображения под растровым электронным микроскопом влажных частиц 921 агрегата 922 частиц согласно сравнительному примеру, изготовленного с использованием смесителя-гранулятора перемешивающего типа, как было описано выше (масштаб ФИГ. 14 соответствует ФИГ. 3, а масштаб ФИГ. 15 - ФИГ. 4). Пунктирная линия В на ФИГ. 14 обозначает поверхность влажной частицы 921.
[0063] Как следует из сравнения ФИГ. 4 и ФИГ. 15, частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 более равномерно распределены во влажной частице 21 согласно настоящему варианту осуществления изобретения по сравнению с влажной частицей 921 согласно сравнительному примеру.
[0064] Влажная частица 21 согласно настоящему варианту осуществления изобретения содержит дисперсию 15 связующего вещества, окружающую частицу 11 активного материала, в результате чего площадь контакта частицы 11 активного материала и дисперсии 15 связующего материала увеличивается по сравнению с влажной частицей 921 согласно сравнительному примеру. Частица 11 активного материала согласно сравнительному примеру, не окруженная дисперсией 15 связующего вещества, характеризуется более сильным трением с соседней частицей 11 активного материала, что затрудняет перемещение внутри влажной частицы 921. С другой стороны, частица 11 активного материала согласно настоящему варианту осуществления изобретения окружена дисперсией 15 связующего вещества и, тем самым, характеризуется меньшим трением с соседней частицей 11 активного материала, что облегчает перемещение внутри влажной частицы 21. Соответственно, агрегат 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения обладает превосходной пластичностью по сравнению с агрегатом 922 частиц согласно сравнительному примеру, что выражается в значительном снижении напряжения РЬ сдвига во время вышеописанного испытания на пластичность. Кроме того, было исследовано большое количество изображений агрегата 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения и агрегата 922 частиц согласно сравнительному примеру под растровым электронным микроскопом, и результаты этого исследования подтверждают, что агрегат 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения имеет меньший разброс соотношения дисперсии связующего вещества 15 во влажной частице по сравнению с агрегатом 922 частиц согласно сравнительному примеру.
[0065] Кроме того, диспергируемость частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 во влажных частицах 21 количественно оценивают с помощью «анализа яркости» дополнительно к оценке вышеупомянутого изображения под растровым электронным микроскопом (см. ФИГ. 7). Положительную электродную пластину 1 изготавливают из агрегата 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения описанным ниже способом, после чего анализируют изображение разности цвета (яркости) материала на поверхности первого слоя 5 активного материала пластины 1 положительного электрода.
[0066] В частности, частицы ацетиленовой сажи в качестве проводящих частиц 12 имеют довольно низкий коэффициент отражения, в то время как частицы 11 активного материала, в том числе никель и кобальт, имеют высокий коэффициент отражения. Соответственно, на поверхности первого слоя 5 активного материала пластины 1 положительного электрода имеется участок с увеличенным количеством проводящих частиц 12 (с уменьшенным количеством частиц 11 активного материала), характеризующийся низкой яркостью, и участок с увеличенным количеством частиц 11 активного материала (с уменьшенным количеством проводящих частиц 12), характеризующийся высокой яркостью. Фотоизображение (двести пятьдесят тысяч пикселей в общем объеме пикселей) поверхности первого слоя 5 активного материала пластины 1 положительного электрода измеряют для определения яркости каждого пикселя. На ФИГ. 7 изображен график, иллюстрирующий частотное распределение яркости каждого анализируемого пикселя. Аналогичным образом анализируют изображение агрегата 922 частиц согласно сравнительному примеру.
[0067] Как следует из графика, приведенного на ФИГ. 7, пластина 1 положительного электрода, содержащая агрегат 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения, характеризуется меньшим изменением яркости по сравнению с положительной электродной пластиной, содержащей агрегат 922 частиц согласно сравнительному примеру. В частности, в то время как пластина положительного электрода, содержащая агрегат 922 частиц согласно сравнительному примеру, характеризуется изменением яркости (стандартным отклонением яркости), равным 5,4, пластина 1 положительного электрода, содержащая агрегат 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения, характеризуется изменением яркости (стандартным отклонением яркости), равным 3,0. Из этого результата следует, что агрегат 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения характеризуется более равномерной дисперсией частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 во влажных частицах 21 по сравнению с агрегатом 922 частиц согласно сравнительному примеру.
[0068] Как было описано выше, агрегат 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения содержит влажные частицы 21, образованные из похожей на глину смеси 17, и характеризуется напряжением РЬ сдвига 0,3 МПа и менее (в настоящем варианте осуществления изобретения около 0,1 МПа) по данным испытания на пластичность. Влажные частицы 21, входящие в состав агрегата 22 частиц, обладающего такой предпочтительной пластичностью, в меньшей степени различаются своим коэффициентом дисперсии связующего вещества 15 по сравнению с влажными частицами 921 обычного агрегата 922 частиц. Кроме того, частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 равномерно распределены во влажных частицах 21. Соответственно, когда пластину 1 положительного электрода формируют путем прокатывания агрегата 22 частиц, обладающего такой характеристикой, и его переноса на токосъемную фольгу 3, как будет в деталях раскрыто ниже, непросушенная пленка активного материала (первая непросушенная пленка 5х активного материала и вторая непросушенная пленка 6х активного материала), сформированная на токосъемной фольге 3, и слой активного материала (первый слой 5 активного материала и второй слой 6 активного материала), сформированный путем сушки непросушенной пленки активного материала, может не содержать полосовых дефектов и характеризоваться равномерным распределением частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12.
3
3
[0069] Кроме того, в настоящем варианте осуществления изобретения отношение объемной плотности частиц 11 активного материала к объемной плотности проводящих частиц 12 (частицы активного материала/проводящие частицы) составляет 15 и более (18,7 в настоящем варианте осуществления изобретения), а объемная плотность проводящих частиц 12 составляет 0,08 г/см и менее (в настоящем варианту осуществления изобретения 0,06 г/см). Несмотря на вышесказанное, влажные частицы 21 образуются из похожей на глину смеси 17, и агрегат 22 частиц характеризуется напряжением сдвига 0,3 МПа и менее (около 0,1 МПа в настоящем варианту осуществления изобретения) по результатам испытания на пластичность (см. выше); следовательно, частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 равномерно распределены во влажных частицах 21.
[0070] Кроме того, агрегат 22 частиц по настоящему варианту осуществления изобретения представляет собой агрегат цилиндрических влажных частиц 21, каждая из которых имеет диаметр D и высоту Н в диапазоне от 0,5 до 2,0 D (в настоящем варианте осуществления изобретения высота Н равна диаметру D); таким образом, агрегат 22 частиц характеризуется меньшим разбросом диаметра частиц по сравнению с влажными частицами 921 согласно сравнительному примеру, полученными в смесителе-грануляторе перемешивающего типа. Каждая из влажных частиц 21 имеет высоту Н, которая не слишком мала и не слишком велика относительно диаметра D, что позволяет предотвратить застревание влажных частиц 21 в первом зазоре G1 между первым валком 210 и вторым валком 220, когда непросушенную пленку активного материала (первую непросушенную пленку 5х активного материала и вторую непросушенную пленку 6х активного материала) изготавливают на вальцовом прессе 200, описанном ниже. В результате этого непросушенная пленка активного материала (первая непросушенная пленка 5х активного материала и вторая непросушенная пленка 6х активного материала), которую формируют на втором валке 220 и переносят на токосъемную фольгу 3, не будет содержать полосовых дефектов.
[0071] Ниже описаны способ получения агрегата 22 частиц и способ изготовления пластины 1 положительного электрода с использованием агрегата 22 частиц (см. ФИГ. 8-13). Согласно настоящему варианту осуществления изобретения первые слои 5 активного материала формируют непрерывно путем последовательного выполнения всех этапов «первого процесса S1 получения агрегата частиц» до «первого процесса S3 сушки», а вторые слои 6 активного материала формируют непрерывно путем последовательного выполнения всех этапов «второго процесса S4 получения агрегата частиц» до «второго процесса S6 сушки».
[0072] В рамках «первого S1 процесса получения агрегата частиц» получают агрегат 22 частиц, в котором агрегированы влажные частицы 21. Согласно настоящему варианту осуществления изобретения, каждый этап (первый этап S11, второй этап S12 и третий этап S13) первого процесса S1 получения агрегата частиц выполняют последовательно для непрерывного получения агрегата 22 частиц.
3
3
[0073] «Первый этап S11» (см. ФИГ. 9) первого процесса S1 получения агрегата частиц (см. ФИГ. 8) выполняют путем смешивания проводящих частиц 12 с дисперсией 15 связующего вещества, в которой связующее вещество 13 диспергировано в дисперсионной среде 14, для получения первой смеси 16. Как было указано выше, в настоящем варианте осуществления изобретения проводящие частицы 12 содержат частицы АВ, каждая из которых имеет средний диаметр 0,03 мкм и объемную плотность 0,08 г/см и менее (в настоящем варианте осуществления изобретения 0,06 г/см). Кроме того, в качестве связующего вещества 13 используют поливинилиденфторид, а в качестве дисперсионной среды 14-N-метилпирролидон (NMP). Кроме того, весовое соотношение проводящих частиц 12, связующего вещества 13 и дисперсионной среды 14 определяется как 4,0:1,5:19,0.
[0074] Перед выполнением первого этапа S11 связующее вещество 13 добавляют в дисперсионную среду 14 с использованием смесителя с перемешивающими лопастями и смешивают до получения вязкой дисперсии 15 связующего вещества, в которой связующее вещество 13 равномерно распределено в дисперсионной среде 14. После этого проводящие частицы 12 и дисперсию 15 связующего вещества смешивают с использованием смесителя 100 с двумя валами (см. ФИГ. 11) для получения первой смеси 16.
[0075] Этот смеситель 100 с двумя валами содержит месильный цилиндр 110 и пару месильных винтов 120, расположенных параллельно друг другу в месильном цилиндре 110 (на ФИГ. 11 пара месильных винтов 120 ориентирована в направлении, перпендикулярном поверхности фигуры). Месильный цилиндр 110 содержит три подающие части, а именно первую подающую часть 111, вторую подающую часть 112 и третью подающую часть 113, расположенные в указанном порядке со стороны входа. Проводящие частицы 12 вводят в первую подающую часть 111 в определенном количестве за единицу времени, а дисперсию 15 связующего вещества вводят во вторую подающую часть 112 в определенном количестве за единицу времени. Кроме того, в третью подающую часть 113 вводят частицы 11 активного материала в определенном количестве за единицу времени.
[0076] На первом этапе S11 проводящие частицы 12 поступают в месильный цилиндр 110 из первой подающей части 111. Поданные таким образом проводящие частицы 12 транспортируют через месильный цилиндр 110 с помощью пары месильных винтов 120 в направлении КН смешивания (вправо на ФИГ. 11). После этого дисперсию 15 связующего вещества подают в месильный цилиндр 110 из второй подающей части 112, расположенной ниже по движению потока относительно первой подающей части 111 (вправо на ФИГ. 11). Проводящие частицы 12 и дисперсия 15 связующего вещества смешиваются парой месильных винтов 120 и перемещаются внутри месильного цилиндра 110 в направлении КН смешивания, в результате чего непрерывно производится первая смесь 16, в которой равномерно распределены проводящие частицы 12, связующее вещество 13 и дисперсионная среда 14.
3
[0077] После этого выполняют «второй этап S12», на котором первую смесь 16 смешивают с частицами 11 активного материала для получения похожей на глину смеси 17. В настоящем варианте осуществления изобретения частицы 11 активного материала представляют собой частицы оксида лития, никеля, марганца и кобальта, имеющие средний диаметр 6 мкм и объемную плотность 1,12 г/см, как указано выше. Соответственно, отношение объемных плотностей частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 (частицы активного материала/проводящие частицы) составляет 15 и более (в настоящем варианте осуществления изобретения 1,12/0,06=18,7). Кроме того, частицы 11 активного материала приготавливают таким образом, чтобы весовое соотношение частиц 11 активного материала, проводящих частиц 12, связующего вещества 13 и дисперсионной среды 14 выражалось отношением 94,5:4,0:1,5:19,0.
[0078] Второй этап S12 также выполняют с использованием вышеупомянутого смесителя 100 с двумя валами. В частности, частицы 11 активного материала поступают в месильный цилиндр 110 из третьей подающей части 113 ниже по направлению потока (справа на ФИГ. 11) от второй подающей части 112. Поступившие таким путем частицы 11 активного материала перемешивают с первой смесью 16 в месильном цилиндре 110 при помощи пары месильных винтов 120 и перемещают в месильном цилиндре 110 в направлении КН смешивания. В результате этого постоянно образуется похожая на глину смесь 17, состоящая из равномерно распределенных частиц 11 активного материала, проводящих частиц 12, связующего вещества 13 и дисперсионной среды 14.
[0079] После этого выполняют «третий этап S13», чтобы получить из похожей на глину смеси 17 с помощью экструдера 150 (см. ФИГ. 12) агрегат 22 частиц, образованный агрегированными влажными частицами 21. Экструдер 150 содержит выталкивающий цилиндр 160, один выталкивающий шнек 170, расположенный внутри выталкивающего цилиндра 160, и режущие ножи 180 для разрезания похожей на глину смеси 17, вытесненной из выталкивающего цилиндра 160. Выталкивающий цилиндр 160 соединен с месильным цилиндром 110 вышеупомянутого смесителя 100 с двумя валами и выполнен таким образом, чтобы похожая на глину смесь 17, образованная в смесителе 100 с двумя валами, подавалась в выталкивающий цилиндр 160 экструдера 150 из месильного цилиндра 110 смесителя 100 с двумя валами. Кроме того, на ведущей концевой части 165 (справа на ФИГ. 12) выталкивающего цилиндра 160 имеется несколько выпускных отверстий 165h, предназначенных для выталкивания похожей на глину смеси 17 наружу (вправо на ФИГ. 12).
[0080] На этом третьем этапе S13 похожую на глину смесь 17, полученную на втором этапе S12, перемещают в направлении LH выталкивания (вправо на ФИГ. 12) внутри выталкивающего цилиндра 160 посредством выталкивающего винта 170, после чего вытесняют наружу через выпускные отверстия 165h на передней концевой части 165 выталкивающего цилиндра 160. После этого вытесненную похожую на глину смесь 17 разрезают режущими ножами 180. Таким образом, цилиндрические влажные частицы 21 гранулируют с диаметром D (в настоящем варианте осуществления изобретения D=2,0 мм) и высотой Н в диапазоне от 0,5 до 2,0 D (в настоящем варианте осуществления изобретения Н=D=2,0 мм). Соответственно, непрерывно образуется агрегат 22 частиц, в котором агрегированы влажные частицы 21.
[0081] Далее в рамках «первого процесса S2 формирования непросушенной пленки» (см. ФИГ. 8 и 13) на токосъемной фольге 3 формируют первую непросушенную пленку 5х активного материала, полученную из прокатанного агрегата 22 частиц. Этот первый процесс S2 формирования непросушенной пленки выполняют на вальцовом прессе 200. Этот вальцовый пресс 200 содержит три валка: первый валок 210, второй валок 220, расположенный параллельно первому валку 210 через первый зазор G1, и третий валок 230, расположенный параллельно второму валку 220 через второй зазор G2. Первый валок 210, второй валок 220 и третий валок 230 соединены с двигателем (не показанным на фигуре) для вращения и привода ротора. Кроме того, вальцовый пресс 200 содержит часть 240 подачи агрегата, расположенную над первым зазором G1 между первым валком 210 и вторым валком 220 и предназначенную для подачи агрегата 22 частиц, образованного влажными частицами 21, в первый зазор G1.
[0082] Первый процесс S2 формирования непросушенной пленки выполняют последовательно после первого процесса S1 получения агрегата частиц. А именно, экструдер 150 и вальцовый пресс 200 расположены таким образом, чтобы агрегат 22 частиц, полученный на выходе экструдера 150, поступал в часть 240 подачи агрегата вальцового пресса 200.
[0083] При выполнении первого процесса S2 формирования непросушенной пленки первый валок 210, второй валок 220 и третий валок 230 вращаются в соответствующих направлениях, как показано на ФИГ. 13. В частности, первый валок 210 и третий валок 230 вращаются в одном и том же направлении (по часовой стрелке в настоящем варианте осуществления изобретения), а второй валок 220 вращается в направлении, противоположном направлению вращения первого валка 210 и третьего валка 230 (против часовой стрелки в настоящем варианте осуществления изобретения). Кроме того, окружная скорость Vb второго валка 220 превышает окружную скорость Va первого валка 210, а окружная скорость Vc третьего валка 230 превышает окружную скорость Vb второго валка 220 (Va<Vb<Vc).
[0084] На «первом этапе S21 формирования пленки» первого процесса S2 формирования непросушенной пленки агрегат 22 частиц прокатывают через первый зазор G1 между первым валком 210 и вторым валком 220, в результате чего получают первую непросушенную пленку 5х активного материала на втором валке 220. В частности, агрегат 22 частиц помещают в часть 240 подачи агрегата вальцового пресса 200 из экструдера 150, после чего этот агрегат 22 частиц подают в первый зазор G1 между первым валком 210 и вторым валком 220, прокатывают первым валком 210 и вторым валком 220, выталкивают вниз на ФИГ. 13 в виде непросушенной пленки 5х активного материала и, тем самым, формируют пленку на втором валке 220. Эту непросушенную пленку 5х активного материала на втором валке 220 подают на третий валок 230.
[0085] Впоследствии на «первом этапе S22 переноса» первого процесса S2 формирования непросушенной пленки токосъемную фольгу 3 пропускают через второй зазор G2 между вторым валком 220 и третьим валком 230, и первую непросушенную пленку 5х активного материала на втором валке 220 переносят на эту токосъемную фольгу 3. Точнее говоря, токосъемную фольгу 3, снятую с подающего валка (не показанного на фигуре), наматывают на третий валок 230 таким образом, чтобы токосъемная фольга 3 транспортировалась третьим валком 230. Токосъемная фольга 3 транспортируется третьим валком 230 и вступает в контакт с первой непросушенной пленкой 5х активного материала, расположенной на втором валке 220 между вторым валком 220 и третьим валком 230. Таким образом, первую непросушенную пленку 5х активного материала переносят на первую первичную поверхность 3а токосъемной фольги 3 между вторым валком 220 и третьим валком 230, в результате чего первая непросушенная пленка 5х активного материала непрерывно формируется на первичной поверхности 3а токосъемной фольги 3. В данном пластину положительного электрода, содержащую первую непросушенную пленку 5х активного материала, перенесенную на токосъемную фольгу 3, также называют непросушенной пластиной 1х положительного электрода с односторонним покрытием.
[0086] Впоследствии, в рамках «первого процесса S3 сушки» первую непросушенную пленку 5х активного материала на токосъемной фольге 3 просушивают, чтобы получить первый слой 5 активного материала. В частности, непросушенную пластину 1х положительного электрода с односторонним покрытием помещают в сушильный модуль (не показан на фигуре), и горячий воздух направляют на первую непросушенную пленку 5х активного материала непросушенной пластины 1х положительного электрода с односторонним покрытием таким образом, чтобы испарилась дисперсионная среда 14, остающаяся в первой непросушенной пленке 5х активного материала, и был получен первый слой 5 активного материала. В данном случае пластину положительного электрода, содержащую первый слой 5 активного материала на токосъемной фольге 3, называют пластиной 1у положительного электрода с односторонним покрытием.
[0087] С другой стороны, во «втором процессе S4 получения агрегата частиц» последовательно выполняют «первый этап S41», «второй этап S42» и «третий этап S43» (см. ФИГ. 10), аналогично описанному выше первому процессу S1 получения агрегата частиц для непрерывного изготовления агрегата 22 частиц, в котором агрегированы влажные частицы 21. В частности, на первом этапе S41 проводящие частицы 12 и дисперсию 15 связующего вещества, в которой связующее вещество 13 диспергировано в дисперсионной среде 14, смешивают для получения первой смеси 16 в отдельном смесителе 100 с двумя валами, описанном выше. После этого, на втором этапе S42, добавляют частицы 11 активного материала и смешивают их с первой смесью 16 в этом смесителе 100 с двумя валами для получения похожей на глину смеси 17. На следующем третьем этапе S43 отдельный экструдер 150, описанный выше, используют для формирования агрегата 22 частиц, образованного агрегированными влажными частицами 21 из похожей на глину смеси 17.
[0088] Впоследствии, во «втором процессе S5 формирования непросушенной пленки», «второй этап S51 формирования пленки» и «второй этап S52 переноса» выполняют последовательно аналогично вышеупомянутому первому процессу S2 формирования непросушенной пленки, чтобы получить вторую непросушенную пленку 6х активного материала путем прокатывания агрегата 22 частиц на другой поверхности токосъемной фольги 3. В частности, отдельный вальцовый пресс 200, описанный выше, используют для изготовления второй необработанной пленки 6х активного материала на втором валке 220 из агрегата 22 частиц на втором этапе S51 формирования пленки. После этого на втором этапе S52 переноса вторую непросушенную пленку 6х активного материала на втором валке 220 переносят на вторую первичную поверхность 3b токосъемной фольги 3 пластины 1y положительного электрода с односторонним покрытием, транспортируемой третьим валком 230. Таким образом, получают высушенную с одной стороны пластину 1z положительного электрода с двусторонним покрытием, содержащую высушенный первый слой 5 активного материала на первой первичной поверхности 3а токосъемной фольги 3 и непросушенную вторую пленку 6х активного материала на второй первичной поверхности 3b токосъемной фольги 3.
[0089] После этого во «втором процессе S6 сушки» вторую непросушенную пленку 6х активного материала на токосъемной фольге 3 высушивают аналогично вышеупомянутому первому процессу S3 сушки, чтобы получить второй слой 6 активного материала. В частности, высушенную с одной стороны пластину 1z положительного электрода с двусторонним покрытием помещают в сушильный модуль (не показан на фигуре), и горячий воздух направляют на вторую непросушенную пленку 6х активного материала высушенной с одной стороны пластины 1z положительного электрода с двусторонним покрытием, чтобы получить второй слой 6 активного материала. Наконец, получают пластину положительного электрода (предварительно спрессованную пластину 1w положительного электрода), содержащую токосъемную фольгу 3, первый слой 5 активного материала и второй слой 6 активного материала (предварительно спрессованную пластину 1w положительного электрода).
[0090] Впоследствии, в «процессе S7 прессования», вышеупомянутую предварительно спрессованную пластину 1w положительного электрода прижимают роликовым прижимным устройством (не показан на фигуре) таким образом, чтобы плотность первого слоя 5 активного материала и второго слоя 6 активного материала увеличилась. На этом изготовление пластины 1 положительного электрода, показанной на ФИГ. 1, завершено.
[0091] Примеры и Сравнительные примеры
3
3
Ниже будут описаны результаты испытаний на проверку технических результатов настоящего изобретения. В примере 4 пластину 1 положительного электрода изготавливают аналогично описанному варианту осуществления изобретения с использованием аналогичных частиц 11 активного материала (частиц оксида LiNiCoMn) и аналогичных проводящих частиц 12 (частиц АВ), чтобы получить агрегат 22 частиц, используемый для изготовления пластины 1 положительного электрода. В частности, как показано в таблице 1, частицы активного материала 11 с объемной плотностью 1,12 г/см и проводящие частицы 12 с объемной плотностью 0,06 г/см используются в примере 4, в котором отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) выражается соотношением 1,12/0,06=18,7.
[0092] Первый слой 5 активного материала и второй слой 6 активного материала согласно данному примеру 4 содержит частицы 11 активного материала в количестве 94,5 весовых %, проводящие частицы 12 в количестве 4,0 весовых % и связующее вещество 13 в объеме 1,5 весовых %. Таким образом, на частицы 11 активного материала приходится наибольшая доля в составе, и, соответственно, аккумуляторная батарея, содержащая такую пластину 1 положительного электрода, будет иметь достаточно высокую удельную энергоемкость (Вт*ч/кг), что обозначено в таблице 1 как «отлично».
[0093]
3
[0094] В примере 5 используются частицы 11 активного материала, имеющую объемную плотность, отличающуюся от описанного варианта осуществления изобретения (объемная плотность 1,59 г/см) и похожие компоненты, кроме частиц 11 активного материала для формирования агрегата 22 частиц, причем пластину 1 положительного электрода согласно примеру 5 изготавливают способом, аналогичным описанному варианту осуществления изобретения. Отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) в этом примере 5, таким образом, выражается как 1,59/0,06=26,5. Кроме того, в пластине 1 положительного электрода согласно примеру 5, аналогично пластине 1 положительного электрода согласно примеру 4, как первый слой 5 активного материала, так и второй слой 6 активного материала содержит частицы 11 активного материала в количестве 94,5 весовых % и проводящие частицы 12 в количестве 4,0 весовых %. Соответственно, аналогично примеру 4, аккумуляторная батарея, в которой установлена пластина 1 положительного электрода, обладает достаточно высокой удельной энергоемкостью (Вт*ч/кг), на что указывает «Отлично» в таблице 1.
3
3
[0095] В примере 1 для получения агрегата 22 частиц используют частицы 11 активного материала с объемной плотностью 1,59 г/см и проводящие частицы 12 с объемной плотностью 0,25 г/см, и пластину 1 положительного электрода формируют из этого агрегата 22 частиц. Отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) в этом примере 1, таким образом, определяется как 1,59/0,25=6,4.
[0096] Тем не менее, подтвердилось, что увеличение объемной плотности проводящих частиц 12 относительно объемной плотности частиц 11 активного материала, то есть уменьшение отношения объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы), приводит к снижению проводимости первого слоя 5 активного материала и второго слоя 6 активного материала. Соответственно, в примере 1 долю проводящих частиц 12 в смеси увеличивают с 4,0 до 9,0 весовых %, а долю частиц 11 активного материала в смеси уменьшают с 94,5 до 89,5 весовых %, в результате чего проводимость первого слоя 5 активного материала и второго слоя 6 активного материала становится аналогичной проводимости первого слоя 5 активного материала и второго слоя 6 активного материала из примеров 4 и 5.
[0097] Такое уменьшение доли частиц 11 активного материала в первом слое 5 активного материала и втором слое 6 активного материала приводит к снижению удельной энергоемкости (Вт*ч/кг) аккумуляторной батареи, содержащей пластину 1 положительного электрода, что обозначено в таблице 1 уровнем «Приемлемо», который ниже удельной энергоемкости аккумуляторной батареи, содержащей пластину 1 положительного электрода, в примерах 4 и 5.
3
3
[0098] В примере 2 для получения агрегата 22 частиц используют частицы 11 активного материала с объемной плотностью 1,12 г/см и проводящие частицы 12 с объемной плотностью 0,15 г/см, и пластину 1 положительного электрода формируют из этого агрегата 22 частиц. Отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) в примере 2, таким образом, определяется как 1,12/0,15=7,5.
[0099] В этом примере 2 отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) ниже, чем в примерах 4 и 5; соответственно, долю проводящих частиц 12 в смеси увеличивают с 4,0 до 6,0 весовых %, а долю частиц 11 активного материала в смеси уменьшают с 94,5 до 92,5 весовых %, в результате чего проводимость первого слоя 5 активного материала и второго слоя 6 активного материала в примере 2 становится аналогичной проводимости первого слоя 5 активного материала и второго слоя 6 активного материала из примеров 4 и 5.
[0100] В этом примере 2 доля частиц 11 активного материала в первом слое 5 активного материала и втором слое 6 активного материала выше, чем в примере 1, но ниже, чем в примерах 4 и 5. В частности, удельная энергоемкость (Вт*ч/кг) аккумуляторной батареи, содержащей пластину 1 положительного электрода согласно примеру 2, выше удельной энергоемкости аккумуляторной батареи, содержащей пластину 1 положительного электрода согласно примеру 1, что обозначено как «Приемлемо» в таблице 1, но ниже удельной энергоемкости аккумуляторной батареи, содержащей пластину 1 положительного электрода согласно примерам 4 и 5.
3
3
[0101] В примере 3 для получения агрегата 22 частиц используют частицы 11 активного материала с объемной плотностью 1,59 г/см и проводящие частицы 12 с объемной плотностью 0,15 г/см, и пластину 1 положительного электрода формируют из этого агрегата 22 частиц. Отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) в этом примере 3, таким образом, определяется как 1,59/0,15=10,6.
[0102] В этом примере 3 отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) ниже, чем в примерах 4 и 5; соответственно, в примере 3 долю проводящих частиц 12 в смеси увеличивают с 4,0 до 5,5 весовых %, а долю частиц 11 активного материала в смеси уменьшают с 94,5 до 93,0 весовых %, в результате чего проводимость первого слоя 5 активного материала и второго слоя 6 активного материала становится аналогичной проводимости первого слоя 5 активного материала и второго слоя 6 активного материала из примеров 4 и 5.
[0103] В примере 3 доля частиц 11 активного материала в первом слое 5 активного материала и втором слое 6 активного материала выше, чем в примерах 1 и 2, но ниже, чем в примерах 4 и 5. Соответственно, удельная энергоемкость (Вт*ч/кг) аккумуляторной батареи, содержащей пластину 1 положительного электрода согласно примеру 1, обозначенная как «Хорошо» в таблице 1, выше удельной энергоемкости аккумуляторной батареи, содержащей электродную пластину 1 согласно примерам 1 и 2, но ниже удельной энергоемкости аккумуляторной батареи, содержащей электродную пластину 1 согласно примерам 4 и 5.
[0104] Как показано в таблице 1, при подготовке сравнительных примеров 1-5 использованы частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12, аналогичные частицам согласно примерам 1-5. В сравнительных примерах 1-5 смеситель-гранулятор перемешивающего типа, способный смешивать и гранулировать материал, используют для одновременного смешивания частиц 11 активного материала, проводящих частиц 12 и дисперсии 15 связующего вещества, в которой связующее вещество 13 диспергировано в дисперсионной среде 14, и гранулирования материала таким образом, чтобы в результате был получен агрегат 922 частиц, образованный влажными частицами 921. Впоследствии этот агрегат 922 частиц используют для изготовления пластины положительного электрода аналогично описанному варианту осуществления изобретения.
[0105] В данном случае удельная энергоемкость аккумуляторных батарей, содержащих пластину положительного электрода согласно любому из сравнительных примеров 1-5, теоретически совпадает с удельной энергоемкостью соответствующих аккумуляторных батарей, содержащих пластины 1 положительного электрода согласно соответствующим примерам 1-5; следовательно, теоретическую оценку удельной энергоемкости сравнительных примеров выполняют аналогично примерам 1-5. Тем не менее, в сравнительных примерах 1-5 в первом слое активного материала и втором слое активного материала трудно обеспечить хорошее распределение частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12, что будет отмечено ниже. Соответственно, фактическая удельная энергоемкость аккумуляторной батареи, содержащей положительную электродную пластину согласно сравнительным примерам 1-5, будет ниже фактической удельной энергоемкости аккумуляторной батареи, содержащей пластину 1 положительного электрода согласно соответствующим примерам 1-5.
[0106] Далее оценено состояние каждого слоя активного материала (первых слоев активного материала и вторых слоев активного материала) соответствующих пластин положительного электрода согласно примерам 1-5 и сравнительным примерам 1-5. Точнее говоря, визуально проверено наличие точечных дефектов в первых слоях активного материала и вторых слоях активного материала. В данном случае под «точечными дефектами» понимают дефекты, возникающие, когда агрегаты частиц характеризуются большим разбросом соотношения компонентов дисперсии 15 связующего вещества, входящей в состав влажных частиц, в результате чего точечные дефекты отличаются своей формой и механизмом образования от вышеупомянутых «полосовых дефектов» (возникающих при большом диапазоне изменения размера влажных частиц). Кроме того, диспергируемость частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 в первых слоях активного материала и во вторых слоях активного материала определяют с помощью вышеописанного анализа яркости. Результаты анализа подтверждают наличие точечных дефектов в первых слоях активного материала и вторых слоях активного материала пластин положительного электрода согласно сравнительным примерам 1-5, что обозначено как «Плохо» в таблице 1. Кроме того, в первых слоях активного материала и вторых слоях активного материала положительных электродных пластин согласно сравнительным примерам 1-3 частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 распределены неравномерно, на что указывает уровень «Приемлемо» в таблице 1. Кроме того, первые слои активного материала и вторые слои активного материала положительного электрода согласно сравнительным примерам 4 и 5 характеризуются плохой диспергируемостью частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 относительно сравнительных примеров 1-3, что обозначено как «Плохо» в таблице 1.
[0107] С другой стороны, первые слои 5 активного материала и вторые слои 6 активного материала пластин 1 положительного электрода согласно примерам 1-5 не содержат точечных дефектов, что обозначено как «Хорошо» в таблице 1. Кроме того, в первых слоях 5 активного материала и вторых слоях 6 активного материала пластин 1 положительного электрода согласно сравнительным примерам 1-5 частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 распределены равномерно, на что указывает уровень «Хорошо» в таблице 1.
[0108] В дальнейшем будет рассмотрено обоснование приведенных выше результатов. Агрегаты 922 частиц согласно сравнительным примерам 1-5 характеризуются большим разбросом состава дисперсии 15 связующего вещества, входящей в состав влажных частиц 921. Влажная частица 921, содержащая большое количество дисперсии 15 связующего вещества, трудно переносится на токосъемную фольгу 3 со второго валка 220 вальцового пресса 200, и эта сложность переноса влажной частицы 921 на токосъемную фольгу 3 вызывает появление точечных дефектов на первой непросушенной пленке активного материала и второй непросушенной пленке активного материала. Соответственно считается, что первый слой активного материала и второй слой активного материала, полученные сушкой первой непросушенной пленки активного материала и второй непросушенной пленки активного материала, также содержат точечные дефекты.
3
[0109] Кроме того, частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 трудно равномерно распределить в смесителе-грануляторе перемешивающего типа, вследствие чего в сравнительных примерах 1-5 влажные частицы 921 образованы частицами 11 активного материала и проводящими частицами 12, неравномерно распределенными во влажных частицах 921. В частности, если отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 составляет 15 и более, а объемная плотность проводящих частиц 12 составляет 0,08 г/см и менее, частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 трудно распределить равномерно. Следовательно, в сравнительных примерах 4 и 5 влажные частицы 921, вероятно, будут образованы частицами 11 активного материала и проводящими частицами 12, которые распределены во влажных частицах 921 еще менее равномерно, чем в сравнительных примерах 1-3.
[0110] Когда влажные частицы 921 согласно сравнительным примерам 1-5 прокатывают для формирования первой непросушенной пленки активного материала и второй непросушенной пленки активного материала, частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 оказываются неравномерно распределенными в первой непросушенной пленке активного материала и второй непросушенной пленке активного материала. В частности, в сравнительных примерах 4 и 5 первая непросушенная пленка активного материала и вторая непросушенная пленка активного материала образованы частицами 11 активного материала и проводящими частицами 12, которые распределены неравномерно. В результате этого в первом слое активного материала и втором слое активного материала, сформированных, соответственно, путем сушки первой непросушенной пленки активного материала и второй непросушенной пленки активного материала, частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 также оказываются распределенными неравномерно. В частности, в сравнительных примерах 4 и 5 первый слой активного материала и второй слой активного материала считаются полученными из неравномерно распределенных частиц 11 активного материала и неравномерно распределенных проводящих частиц 12.
[0111] Напротив, агрегаты 22 частиц согласно примерам 1-5 характеризуются меньшим разбросом состава дисперсии 15 связующего вещества, входящей в состав влажных частиц 21. Соответственно, первая непросушенная пленка 5х активного материала и вторая непросушенная пленка 6х активного материала почти не образуют точечных дефектов. Считается, что первый слой 5 активного материала и второй слой 6 активного материала, полученные сушкой первой непросушенной пленки 5 а активного материала и второго непросушенного слоя 6х активного материала, содержат меньше точечных дефектов.
[0112] В примерах 1-5 первый процесс S1 получения агрегата частиц и второй процесс S4 получения агрегата частиц, включающие в себя вышеупомянутые первые этапы S11 и S41, вторые этапы S12 и S42 и третьи этапы S13 и S43, выполняются с целью формирования агрегата 22 частиц, в результате чего влажные частицы 21 образуются с равномерным распределением частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 независимо от отношения объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 и от объемной плотности проводящих частиц 12.
[0113] Когда влажные частицы 21 согласно примерам 1-5 прокатывают для формирования первой непросушенной пленки 5х активного материала и второй непросушенной пленки 6х активного материала, частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 оказываются равномерно распределенными в первой непросушенной пленке 5х активного материала и второй непросушенной пленке 6х активного материала. Кроме того, в первом слое 5 активного материала и втором слое 6 активного материала, сформированных, соответственно, путем сушки первой непросушенной пленки 5х активного материала и второй непросушенной пленки 6х активного материала, частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 могут быть распределены равномерно.
[0114] Пластины 1 положительного электрода согласно примерам 1-5 выгоднее, потому что первый слой 5 активного материала и второй слой 6 активного материала не содержат точечных дефектов, а частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 равномерно распределены; однако такие пластины 1 положительного электрода различаются удельной энергоемкостью (Вт*ч/кг) в аккумуляторных батареях, содержащих такие пластины 1 положительного электрода. В частности, при использовании пластин 1 положительного электрода согласно примерам 1-3, в каждой из которых отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 ниже 15, удельная энергоемкость полученной аккумуляторной батареи будет низкой. В частности, при использовании пластины 1 положительного электрода согласно примеру 1, у которой отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) составляет менее 7, удельная энергоемкость аккумуляторной батареи будет существенно снижена. Соответственно, предпочтительно отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 порядка 15 и более, как показано в примерах 4 и 5.
[0115] Как подробно объяснено выше, на первых этапах S11 и S41 способа получения агрегата 22 частиц смешивают проводящие частицы 12 и дисперсию 15 связующего вещества для получения первой смеси 16. С другой стороны, если нужно одновременно смешивать частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12, обладающие различной объемной плотностью, с вязкой дисперсией 15 связующего вещества, содержащей связующее вещество 13, диспергированное в дисперсионной среде 14, может оказаться затруднительным равномерно распределить частицы 11 активного материала, проводящие частицы 12, связующее вещество 13 и дисперсионную среду 14. При этом, если с вязкой дисперсией 15 связующего вещества смешивают только проводящие частицы 12 без частиц 11 активного материала, то проводящие частицы 12 будут равномерно диспергированы в дисперсии 15 связующего вещества. Соответственно, первая смесь 16, в которой равномерно распределены проводящие частицы 12, связующее вещество 13 и дисперсионная среда 14, может быть получена на первых этапах S11 и S41.
[0116] На последующих вторых этапах S12 и S42 первую смесь 16 перемешивают с частицами 11 активного материала для получения похожей на глину смеси 17. Таким образом, первую смесь 16 получают заранее на первых этапах S11 и S41, после чего эту первую смесь 16 перемешивают с частицами 11 активного материала, достигая равномерного распределения частиц 11 активного материала, проводящих частиц 12, связующего вещества 13 и дисперсионной среды 14. Соответственно, на этих этапах S12 и S42 можно получить похожую на глину смесь 17, в которой равномерно распределены частицы 11 активного материала, проводящие частицы 12, связующее вещество 13 и дисперсионная среда 14.
[0117] После этого на третьих этапах S13 и S43 можно получить из похожей на глину смеси 17 агрегат 22 частиц, в котором агрегированы влажные частицы 21. Похожая на глину смесь 17 содержит равномерно распределенные частицы 11 активного материала, проводящие частицы 12, связующее вещество 13 и дисперсионную среду 14; таким образом, влажные частицы 21 также содержат равномерно распределенные частицы 11 активного материала, проводящие частицы 12, связующее вещество 13 и дисперсионную среду 14. Таким образом, согласно вышеописанному способу получения агрегат 22 частиц, образованный агрегированными влажными частицами 21, может быть приготовлен таким образом, чтобы влажные частицы 22 характеризовались меньшим разбросом состава дисперсии 15 связующего вещества, входящей в состав влажных частиц 21, и чтобы частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 были равномерно распределены во влажных частицах 21.
3
[0118] Кроме того, в способе получения агрегата 22 частиц в соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения проводящие частицы 12 и дисперсию 15 связующего вещества сначала смешивают на первых этапах S11 и S41 для получения первой смеси 16, в которой равномерно распределены проводящие частицы 12, связующее вещество 13 и дисперсионная среда 14, после чего первую смесь 16 смешивают с частицами 11 активного материала на вторых этапах S12 и S42, как было описано выше. Соответственно, частицы 11 активного материала, проводящие частицы 12, связующее вещество 13 и дисперсионная среда 14 будут равномерно распределены, даже если отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) частиц 11 активного материала и проводящих частиц 12 будет велико, или если объемная плотность проводящих частиц 12 будет мала. Это позволяет получить похожую на глину смесь 17, в которой частицы 11 активного материала, проводящие частицы 12, связующее вещество 13 и дисперсионная среда 14 распределены равномерно независимо от большого отношения объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) или от малой объемной плотности проводящих частиц 12. После этого на третьих этапах S13 и S43 из этой похожей на глину смеси 17 можно получить агрегат 22 частиц, образованный влажными частицами 21, в которых равномерно диспергированы частицы 11 активного материала, проводящие частицы 12, связующее вещество 13 и дисперсионная среда 14. Согласно способу получения в соответствии с описанным вариантом осуществления изобретения, даже если отношение объемных плотностей (частицы активного материала/проводящие частицы) составляет 15 и более, а объемная плотность проводящих частиц 12 составляет 0,08 г/см и менее, можно получить агрегат 22 частиц путем агрегирования влажных частиц 21, в которых равномерно распределены частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12.
[0119] На третьих этапах S13 и S43 способа получения агрегата 22 частиц в соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения похожую на глину смесь 17 выталкивают из выпускного отверстия 165h экструдера 150, после чего разрезают с целью гранулирования цилиндрических влажных частиц 21. Соответственно, полученные таким образом влажные частицы 21 характеризуются меньшим разбросом размеров по сравнению с влажными частицами 921, образованными смесителем-гранулятором перемешивающего типа согласно сравнительным примерам. Таким образом, когда первую непросушенную пленку 5х активного материала и вторую непросушенную пленку 6х активного материала формируют вальцовым прессом 200, предотвращается застревание влажных частиц 21 в первом зазоре G1 между первым валком 210 и вторым валком 220, что предотвращает появление полосовых дефектов в первой непросушенной пленке 5х активного материала и второй непросушенной пленке 6х активного материала, образованных на втором валке 220, а также полосовых дефектов в первой непросушенной пленке 5х активного материала и второй непросушенной пленке 6х активного материала, перенесенных на токосъемную фольгу 3. Первый слой активного материала и второй слой активного материала пластины положительного электрода согласно любому из вышеупомянутых сравнительных примеров 1-5 содержат полосовые дефекты дополнительно к точечным дефектам. Это обусловлено большим разбросом размера влажных частиц 921. С другой стороны, в первом слое 5 активного материала и втором слое 6 активного материала пластины 1 положительного электрода согласно любому из примеров 1-5 предотвращается появление не только точечных, но и полосовых дефектов.
[0120] В способе получения агрегата 22 частиц в соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения влажные частицы 21 гранулируют с образованием цилиндрических частиц, каждая из которых имеет диаметр D и высоту Н в диапазоне от 0,5 до 2,0 D (в настоящем варианте осуществления Н=D). Полученные таким образом влажные частицы 21 характеризуются меньшим разбросом диаметров по сравнению с влажными частицами 921, образованными смесителем-гранулятором перемешивающего типа согласно сравнительным примерам. Кроме того, каждая из влажных частиц 21 имеет высоту Н, которая не слишком мала и не слишком велика относительно диаметра D, что предотвращает застревание влажных частиц 21 в первом зазоре G1 между первым валком 210 и вторым валком 220, когда первую непросушенную пленку 5х активного материала и вторую непросушенную пленку 6х активного материала изготавливают на вальцовом прессе 200. В результате этого можно предотвратить появление полосовых дефектов в первой непросушенной пленке 5х активного материала и второй непросушенной пленке 6х активного материала, которую формируют на втором валке 220 и переносят на токосъемную фольгу 3.
[0121] В способе получения агрегата 22 частиц в соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения первые этапы S11, S41 и вторые этапы S12, S42 выполняют последовательно для непрерывного приготовления похожей на глину смеси 17, что позволяет с высокой эффективностью получать похожую на глину смесь 17.
[0122] В способе получения агрегата 22 частиц в соответствии с настоящим вариантом осуществления изобретения на первых этапах S11 и S41 проводящие частицы 12 и дисперсию 15 связующего вещества смешивают смесителем 100 с двумя валами для образования первой смеси 16, в результате чего легко и непрерывно получают первую смесь 16. Кроме того, на вторых этапах S12 и S42 к первой смеси 16 в этом смесителе 100 с двумя валами добавляют частицы 11 активного материала и перемешивают материал для получения похожей на глину смеси 17. Следовательно, первые этапы S11 и S41 переходят, соответственно, во вторые этапы S12 и S42, что позволяет легко и непрерывно формировать похожую на глину смесь 17.
[0123] В способе получения агрегата 22 частиц согласно настоящему варианту осуществления изобретения вторые этапы S12 и S42 переходят, соответственно, в третьи этапы S13 и S43. Соответственно, можно последовательно выполнять первый этап S11, второй этап S12 и третий этап S13, а также первый этап S41, второй этап S42 и третий этап S43, непрерывно получая агрегат 22 частиц.
[0124] Кроме того, первые этапы S11 и S41, вторые этапы S12 и S42 и третьи этапы S13 и S43 последовательно выполняют с использованием смесителя 100 с двумя валами и экструдера 150, расположенного ниже по движению потока от смесителя 100 с двумя валами. Это позволяет легко и непрерывно получать агрегат 22 частиц.
[0125] В способе изготовления пластины 1 положительного электрода согласно настоящему варианту осуществления изобретения агрегат 22 частиц получают вышеупомянутым способом получения агрегата 22 частиц в рамках первого процесса S1 получения агрегата частиц и второго процесса S4 получения агрегата частиц. Полученный таким образом агрегат 22 частиц образован влажными частицами 21, характеризующимися малым разбросом состава дисперсии 15 связующего вещества, входящей в состав влажных частиц 21, и содержит равномерно распределенные частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 внутри влажных частиц 21. Соответственно, первый процесс S2 формирования непросушенной пленки активного материала и второй процесс S5 формирования непросушенной пленки активного материала позволяют получить первую непросушенную пленку 5х активного материала и вторую непросушенную пленку 6х активного материала, в которой отсутствуют точечные дефекты, а активные частицы 11 материала и проводящие частицы 12 распределены равномерно. Кроме того, первый процесс S3 сушки и второй процесс S6 сушки позволяют получить первый слой 5 активного материала и второй слой 6 активного материала, в котором отсутствуют точечные дефекты, а частицы 11 активного материала и проводящие частицы 12 распределены равномерно.
[0126] В способе изготовления пластины 1 положительного электрода согласно настоящему варианту осуществления изобретения первый процесс S1 получения агрегата частиц, первый процесс S2 формирования непросушенной пленки активного материала и первый процесс S3 сушки выполняют последовательно для непрерывного формирования первых слоев 5 активного материала, и второй процесс S4 получения агрегата частиц, второй процесс S5 формирования непросушенной пленки и второй процесс S6 сушки выполняют последовательно для непрерывного формирования вторых слоев 6 активного материала. Это позволяет с высокой производительностью изготавливать пластину положительного электрода 1.
[0127] В способе изготовления пластины 1 положительного электрода согласно настоящему варианту осуществления первый процесс S2 формирования первой непросушенной пленки содержит первый этап S21 формирования пленки и первый этап S22 переноса, а второй процесс S5 формирования непросушенной пленки содержит второй этап S51 формирования пленки и второй этап S52 переноса. В результате выполнения этих этапов на токосъемной фольге 3 формируют первую непросушенную пленку 5х активного материала и вторую непросушенную пленку 6х активного материала. Соответственно, можно легко сформировать на токосъемной фольге 3 первую непросушенную пленку 5х активного материала и вторую непросушенную пленку 6х активного материала; таким образом, можно непрерывно производить непросушенную пластину 1х положительного электрода с односторонним покрытием, содержащую первую непросушенную пленку 5х активного материала на токосъемной фольге 3, или пластину 1z положительного электрода с односторонним/двусторонним покрытием, содержащую вторую непросушенную пленку 6х активного материала на токосъемной фольге 3.
[0128] Хотя предпочтительный в настоящее время вариант осуществления настоящего изобретения был описан и раскрыт выше, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничивается вышеприведенным вариантом осуществления и может быть реализовано в иной форме без отклонения от своей сущности.
[0129] Например, вариант осуществления изобретения описывает агрегат 22 частиц для пластины положительного электрода, используемой для формирования слоя активного материала (первого слоя 5 активного материала и второго слоя 6 активного материала) пластины 1 положительного электрода, однако настоящее изобретение не ограничивается этим вариантом. В альтернативном варианте настоящее изобретение может относиться к агрегату частиц для пластины отрицательного электрода, используемому для формирования слоя активного материала пластины отрицательного электрода, а также к способу изготовления пластины отрицательного электрода.
Перечень ссылочных позиций
[0130] 1 Пластина положительного электрода (электродная пластина)
3 Токосъемная фольга
5 Первый слой активного материала
5х Первая непросушенная пленка активного материала
6 Второй слой активного материала
6х Вторая непросушенная пленка активного материала
11 Частица активного материала
12 Проводящая частица
13 Связующее вещество
14 Дисперсионная среда
15 Дисперсия связующего вещества
16 Первая смесь
17 Похожая на глину смесь
21 Влажная частица
22 Агрегат частиц
100 Смеситель с двумя валами
150 Экструдер
165h Выпускное отверстие
200 Вальцовый пресс
210 Первый валок
220 Второй валок
230 Третий валок
D Диаметр
Н Высота
ВН Направление прессования
СН Перпендикулярное направление
G1 Первый зазор
G2 Второй зазор
S1 Первый процесс получения агрегата частиц (процесс получения агрегата частиц)
S11 Первый этап
S12 Второй этап
S13 Третий этап
S2 Первый процесс формирования непросушенной пленки (процесс формирования непросушенной пленки)
S21 Первый этап формирования пленки (этап формирования пленки)
S22 Первый этап переноса (этап переноса)
S3 Первый процесс сушки (процесс сушки)
S4 Второй процесс получения агрегата частиц (процесс получения агрегата частиц)
S41 Первый этап
S42 Второй этап
S43 Третий этап
S5 Второй процесс формирования непросушенной пленки (процесс формирования непросушенной пленки)
S51 Второй этап формирования пленки (этап формирования пленки)
S52 Второй этап переноса (этап переноса)
S6 Второй процесс сушки (процесс сушки).