CN104620422B - 电极滚筒和电极滚筒的制造方法 - Google Patents

电极滚筒和电极滚筒的制造方法 Download PDF

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Abstract

提供一种能够防止由于下落的活性材料颗粒而降低生产效率的电极滚筒。在电极滚筒(600)中，滚卷片状电极基体材料(500)，所述片状电极基体材料经受切割以成为用于电化学元件的电极，所述电极滚筒包括：具有预定宽度的外围表面(220)的树脂圆柱构件(200)；相对于外围表面附着/分离的柔性膜(400)；以及缠绕到柔性膜(400)上的片状电极基体材料(500)。

Description

电极滚筒和电极滚筒的制造方法
技术领域
本发明涉及用于制造二次单元电池(例如，锂离子电池)的电极滚筒及其制造方法。
背景技术
近来，作为解决环境问题的方案，可以通过风力发电、太阳能发电等获得的并且可以用于家庭用途(用于独立式住宅等)或者用于工业应用(例如，用于运输设备、施工设备等)的清洁能量正在吸引着注意力。然而，清洁能量的缺点是输出变化依赖于情况而变大。例如，可以在阳光明媚的白天获得通过太阳能发电的能量，而在太阳落山之后的夜晚却不能获得能量。
为了稳定清洁能量的输出，使用将清洁能量临时存储在电池中的技术。例如，这样存储在电池中的太阳能在太阳落山的夜晚可用。通常，已经将铅蓄电池用作存储清洁能量的电池；然而铅蓄电池的缺点是通常尺寸较大并且能量密度较低。
因此近来，能够在正常温度下操作并且能量密度较高的锂离子二次电池吸引力注意力。除了较高的能量密度之外，锂离子二次电池的阻抗较低，因此响应度较好。
作为这种锂离子二次电池的内部结构示例，存在已知的结构，其中将通过隔离体层叠多个片状正电极和多个片状负电极而获得的叠层与电解质包封在平面图中具有矩形形状的层叠膜外部材料中(例如，参考专利文献1)。
[专利文献1]
JP2012-54198A
发明内容
本发明要解决的问题
从用作基体材料的长片状构件(片状电极基体材料)中切割出片状正电极或片状负电极。片状电极基体材料的面积大于片状正电极或片状负电极的面积并且具有预定的宽度。
当进行切割处理时，将上述偏转电极基体材料准备好处于缠绕在圆柱构件上的状态。
例如，通过向铝基体材料的正面和背面都涂覆由锰酸锂构成的正电极活性材料来获得用于正电极的片状电极基体材料。这里存在这样的问题：在将宽度小于圆柱构件宽度的片状电极基体材料缠绕到圆柱构件上或者在将片状电极基体材料从圆柱构件上传递时，可能将从片状电极基体材料落下的正电极活性材料的颗粒粘附到圆柱构件上。
重复地使用圆柱构件，使得如果将活性材料颗粒粘附到圆柱构件上，当下次将片状电极基体材料缠绕到圆柱构件时，可以通过静电或者振动将所述活性材料颗粒吸引到片状电极基体材料中。当在按压活性材料颗粒的同时缠绕片状电极基体材料时，可能发生以下问题：将活性材料颗粒的形状转移到片状电极基体材料上；片状电极基体材料经受层叠，用于形成具有粘附至上面的活性材料颗粒的电池；以及所述活性材料颗粒损坏片状电极基体材料。结果，减小了可以从片状电极基体材料切割的电极的保形物品的个数，从而使生产效率劣化。
解决问题的手段
已经实现了本发明以解决上述问题，根据本发明的电极滚筒是一种电极滚筒，在电极滚筒中滚卷片状电极基体材料，所述片状电极基体材料经受切割以成为用于电化学元件的电极，包括具有预定宽度的外围表面的树脂圆柱构件、相对于外围表面附着/分离的柔性膜以及缠绕到柔性膜上的片状电极基体材料。
在根据本发明的电极滚筒中，通过双面胶带将柔性膜固定到外围表面上。
在根据本发明的电极滚筒中，双面胶带的正面粘附层和背面粘附层具有不同的粘附强度，并且使具有较低粘附强度的粘附层与外围表面接触。
根据本发明的制造方法是一种电极滚筒制造方法，所述电极滚筒是经受切割以成为用于电化学元件的电极的片状电极基体材料，所述电极滚筒制造方法包括：将柔性膜附着至树脂圆柱构件的外围表面的附着步骤，所述外围表面具有预定的宽度；以及将片状电极基体材料缠绕在所述柔性膜上的缠绕步骤。
在根据本发明的电极滚筒制造方法中，在附着步骤中，通过双面胶带将柔性膜固定到外围表面。
在根据本发明的电极滚筒制造方法中，双面胶带的正面粘附层和背面粘附层具有不同的粘附强度，并且使具有较低粘附强度的粘附层与外围表面接触。
本发明的优点
根据本发明的电极滚筒，将柔性膜可拆卸地设置在圆柱构件的外围表面上。因此，即使当正电极活性材料的颗粒从片状电极基体材料上落下，也可以通过用新的柔性膜来替换所述柔性膜来防止以下问题从而改进了生产效率：当将片状电极基体材料缠绕到圆周构件上时，将已经下落的活性材料颗粒的形状转移到片状电极基体材料的问题；或者活性材料颗粒损坏片状电极基体材料。
另外，根据本发明的电极滚筒的制造方法，可以提供一种电极滚筒，可以由所述电极滚筒制造具有稳定电特性和良好可靠性的电池，同时防止已经下落的活性材料颗粒转移到片状电极基体材料上，或者防止活性材料颗粒损坏片状电极基体材料。
附图说明
图1是解释了使用根据本发明实施例电极滚筒600制造的单元电池100的内部结构的视图；
图2是解释了用于根据本发明实施例的电极滚筒600的圆柱构件200的视图；
图3是说明了根据本发明实施例的电极滚筒600的制造工艺的视图；
图4是示意性地说明了用于根据本发明实施例的电极滚筒600的双面胶带300的横截面的视图；
图5是说明了根据本发明实施例的电极滚筒600的制造工艺的视图；
图6是说明了根据本发明实施例的电极滚筒600的制造工艺的视图；
图7是说明了根据本发明实施例的电极滚筒600的视图；以及
图8是解释从根据本发明实施例的电极滚筒600切割片状电极的工艺的视图。
具体实施方式
下面将参考附图描述本发明的实施例。图1是解释了使用根据本发明实施例的电极滚筒制造的单元电池100的内部结构的视图。
在本实施例中，作为单元电池100，使用作为电化学元件的锂离子二次电池，其中锂离子在正电极和负电极之间移动以执行充电和放电。
图1是按照部分透明方式说明了单元电池100的透视图。
单元电池100的电池本体110具有以下结构：将通过隔离体层叠多个片状正电极和多个片状正电极而获得的电极叠层60与电解液(未示出)包封在平面图中具有矩形形状的层叠膜外部材料90中。
片状正电极每一个均通过未示出的收集器与正电极引出接头120导电相连。类似地，片状负电极每一个均通过未示出的收集器与负电极引出接头130相连。
正电极引出接头120和负电极引出结构130每一个均分别从电池本体110的一个末端部分(侧)和与所述一个末端部分相对的另一个末端部分(侧)抽出。
正电极引出结构120和负电极引出接头130每一个均具有平面形状，并且在层叠膜外部材料90内部直接地或者通过收集器分别与片状正电极和片状负电极相连。
层叠膜外部材料90由具有热密封树脂层的金属层叠膜组成。更具体地，例如利用彼此面对的热密封树脂层将两个金属层叠膜一个放在另一个上以形成层叠膜外部材料90，并且热密封层叠膜外部材料90的外围，其中包括片状正电极、片状负电极和隔离体的电极层叠60以及电解液包封在层叠膜外部材料90内部，从而内部气密地密封所述层叠膜外部材料90。
这里，将从包括层叠膜外部材料90在内的电池本体110抽出的正电极引出接头120或负电极引出接头130之类的金属件称作“引出接头”，并且将层叠膜外部材料90内部的通过隔离体彼此层叠的片状正电极或片状负电极称作“电极”。
除了通过隔离体层叠多个片状正电极和多个片状负电极获得的以上电极叠层之外，所述电极叠层60还包括将通过隔离体层叠多个片状正电极和多个片状负电极而获得的层叠体进行滚卷和压缩获得的电极叠层。
通常在如上所述的单元电池100中，将铝或铝合金用作正电极引出接头120的材料；并且将镍、通过将镀镍涂覆到除了镍之外的金属而获得的材料(镀镍材料(例如，镀镍的铜))或者镍和除了镍之外的金属的包覆层(镍包覆层材料(例如，镍-铜包覆层))用作负电极引出接头130的材料。在本实施例中，正电极引出接头120由铝制成，而负电极引出接头130由镀镍的铜制成。
下文描述了在以上单元电池100的制造工艺中使用的电极滚筒600。
通过将用作基体材料的片状电极基体材料500按照滚筒形状缠绕而获得电极滚筒600，从所述基体材料切割用于单元电极100的片状正电极或负电极。片状电极基体材料500的面积大于单独的片状正电极或负电极的面积，并且具有预定的宽度。圆柱构件200用于缠绕片状电极基体材料500。本发明中的电极滚筒指的是不但包括片状电极而且也包括圆柱构件在内的本体。
图2是解释了用于根据本发明实施例的电极滚筒的圆柱构件200的视图。
圆柱构件200是形成为具有所示通孔210的圆柱形状的构件。圆柱构件200的材料没有具体地限制，只要所述圆柱构件200具有预定强度以承受当在压力下缠绕电极时的变形即可，圆柱构件200的材料可以是诸如铝或不锈钢之类的金属、诸如ABS或聚碳酸酯、塑料、纸之类的树脂、通过将它们进行组合或者与纤维相混合而获得的材料。其中，就重量和强度而言，树脂或增强塑料是优选的，例如圆柱构件20可以适当地由ABS树脂形成。可以任意地设置片状电极基体材料500所缠绕的圆柱构件200的外围表面220的宽度A。
例如，可以将外围表面200的宽度A、圆柱构件200的外径和通孔210的内径分别设置为800mm、和
将宽度小于外围表面220的宽度A的片状电极基体材料500缠绕到这样配置的圆柱构件200，从而获得了电极滚筒。
重复地使用圆柱构件200，使得如果将活性材料颗粒粘附到圆柱构件200，可以在下次将片状电极基体材料500缠绕到圆柱构件200时在片状电极基体材料500中抽出所述活性材料颗粒。当在按压活性材料颗粒的同时缠绕片状电极基体材料500时，可能发生以下问题：将活性材料颗粒的形状转移到片状电极基体材料500；将活性材料颗粒粘附至片状电极基体材料500；以及活性材料颗粒损坏片状电极基体材料500。
为了防止这种情况，在根据本发明的电极滚筒600中，将可去除柔性膜400设置在圆柱构件200的外围表面220上，然后将片状电极基体材料500缠绕到可去除柔性膜400上。
因此在本发明中，当在圆柱构件200的重复使用期间将活性材料颗粒粘附到柔性膜400上时，去除了与活性材料粘附部相对应的那部分柔性膜，以暴露上面没有粘附活性材料的柔性膜或者用新的柔性膜替换所述柔性膜400本身。
图3是说明了根据本发明实施例的电极滚筒600的制造工艺的视图。如图3所示，在将可去除柔性膜400设置在圆柱构件200的外围表面220上之前，沿圆柱构件200的宽度方向设置用于将柔性膜400固定到圆柱构件200的粘附部。可以通过涂覆浆状材料或双面胶带来实现粘附部。就随后描述的操作性质而言，优选地使用双面胶带300。双面胶带300的尺寸没有具体地限制，只要可以固定柔性膜即可。例如，可以将沿圆柱构件的宽度A的方向的长度设置为约500mm至600mm，并且可以将沿圆周方向的胶带宽度设置为约20mm。
在制造电极滚筒600时使用的双面胶带300的正面粘附层和背面粘附层优选地具有不同的粘附强度。图4是示意性地说明了用于根据本发明实施例的电极滚筒600的双面胶带300的横截面的视图。
双面胶带300包括基体材料310、第一粘合层311和第二粘合层312。基体材料由PET构成，并且第一和第二粘合层311和312由涂覆到基体材料310的正面和背面上的丙烯酸粘合剂构成。第一和第二粘合层311和312具有不同的粘合强度。例如，当第一粘合层311的粘合强度小于第二粘合层312时，将柔性膜400设置在圆柱构件200的外围上，其中粘合强度较低的第一粘合层311接触圆柱构件200的外围表面220，粘合强度较高的第二粘合层312接触柔性膜400。
利用上述结构，从圆柱构件200的外围表面220上容易地玻璃双面胶带300，从而增强了柔性膜400的可替换性。另外，可以消除以下缺陷：当从圆柱构件200的外围表面220剥离双面胶带时，第一粘合层311的成分残留在圆柱构件200的外围表面220上。
例如，柔性膜400可以由纸、金属、树脂、塑料或类似物构成，并且形成为厚度约5μm至1mm的片。考虑到防尘性能或者可操作性，优选地使用PET膜作为柔性膜400，并且将PET膜的厚度设置为约50μm至250μm。作为柔性膜400的尺寸，沿圆柱构件宽度方向的长度优选地等于或小于圆柱构件的宽度A，并且沿圆柱构件的圆周方向的长度等于或大于圆柱构件的周长。假设圆柱构件的外围表面220的宽度A是800mm并且圆柱构件的外径是可以使用700mm×700mm的柔性膜，
将双面胶带300的第一粘合层311粘贴至外围表面220，并且将第二粘合层312粘贴至柔性膜400。那么如图5所示，将柔性膜400缠绕到圆柱构件200上一匝或多匝，并且获得了图6所示的状态，从而完成了将片状电极基体材料500缠绕到圆柱构件200的准备。
以正电极作为示例，如下制造将要缠绕到圆柱构件200的片状电极基体材料500。
首先，将作为正电极活性材料的锰酸锂和铌酸锂的复合材料以及作为导电媒介的碳黑、作为粘合剂的聚偏二氟乙烯以及作为溶剂的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液进行混合，以制备正电极浆液。
将这样制备的正电极浆液间歇地或者连续地涂覆至铝箔(厚度：20μm)的两个表面作为正电极收集器，接着加热以去除溶剂，接着用滚筒施压以便使用于正电极的片状电极基体材料500的厚度为约200μm。
另一方面，在用于负电极的片状电极基体材料500的情况下，将作为负电极活性材料的石墨粉末、作为粘合剂的聚偏二氟乙烯和作为溶剂的NMP溶液混合，以制备负电极浆液。然后，将制备的负电极浆液间歇地或者连续地涂覆至铜箔的两个表面作为负电极收集器，接着进行加热以去除溶剂，接着用滚筒按压。
在本发明中，针对正电极和负电极的片状电极基体材料500都可以用作将要缠绕到电极滚筒600上的片状电极基体材料500。
图7说明了通过将这样制造的片状电极基体材料500缠绕到圆柱构件200上而获得的根据本发明的电极滚筒600。
将这样获得的电极滚筒600附着至未示出的传递装置和未示出的切割装置。然后例如如图8所示，在沿箭头方向抽拉的同时沿A-A’线切割片状电极基体材料500，接着是沿B-B’线切割，从而可以获得用于单元电池100的电极叠层60的多个片状正电极和多个片状负电极。替代地，为了获得多个片状正电极和多个片状负电极，可以执行以下处理：沿纵向的B-B’线切割片状电极基体材料500，接着沿A-A’线切割。
根据本发明的电极滚筒600，将柔性膜400可拆卸地设置在圆柱构件200的外围表面220上。因此，即使从片状电极基体材料500落下正电极活性材料的颗粒，也可以通过去除与活性材料粘附部相对应的那部分柔性膜400以暴露没有粘附活性材料的柔性膜表面、或者通过用新的柔性膜来替换柔性膜400本身，来防止以下问题：当将片状电极基体材料500缠绕到圆柱构件200上已形成活性材料中的不规则性时，将已经落下的活性材料颗粒的形状转移到片状电极基体材料500；粘附的活性材料残留于片状电极基体材料500上；或者活性材料颗粒损坏柔性膜400的一部分，从而提供了能够改进生产效率的电极滚筒制造方法。
在本发明中，将双面胶带300或柔性膜400粘贴到圆柱构件200，并且因此引起了平面差异。然而，所述平面差异沿偏振基体材料的宽度和长度方向都是恒定的，使得与由于外部物质引起的局部平面差异不同，可以通过将不包括电极活性材料的收集器箔缠绕到电极滚筒的最内侧外围上一匝或多匝来消除这种平面差异，从而防止了对于电池特性或可靠性的不利效果。
另外，根据本发明的电极滚筒600的制造方法，可以提供一种电极滚筒600，可以通过所述电极滚筒来制造具有稳定电特性和良好可靠性的电池，同时防止已经下落的活性材料颗粒的形状转移至片状电极基体材料500，或者防止活性材料颗粒损坏片状电极基体材料500。
工业应用性
根据本发明的电极滚筒，即使当活性材料颗粒从片状电极材料下落时，通过用新的可拆卸柔性膜来替换所述可拆卸柔性膜可以消除由颗粒引起的不利效果，从而改进了生产效率。因此，本发明的工业应用性是相当可观的。
参考符号列表
60：电极叠层
90：层叠膜外部材料
100：单元电池
110：电池主体
120：正电极引出接头
130：负电极引出接头
200：圆柱构件
210：通孔
220：外围表面
300：双面胶带
310：基体材料
311：第一粘合层
312：第二粘合层
400：柔性膜
500：片状电极基体材料
600：电极滚筒

Claims (3)

1.一种电极滚筒制造方法，在所述电极滚筒中滚卷正电极或负电极任一方的片状电极基体材料，所述片状电极基体材料经受切割以成为用于电化学元件的电极，其特征在于，所述电极滚筒制造方法包括：
附着步骤或暴露步骤，在所述附着步骤中将没有粘附活性材料的柔性膜可替换地附着至被重复使用的树脂圆柱构件的外围表面，所述外围表面具有预定的宽度，在所述暴露步骤中，暴露没有粘附活性材料的表面；以及
缠绕步骤，在所述缠绕步骤中将正电极或负电极任一方的所述片状电极基体材料缠绕在所述没有粘附活性材料的柔性膜上。
2.根据权利要求1所述的电极滚筒的制造方法，其特征在于：
在附着步骤中，通过双面胶带将所述柔性膜固定到所述外围表面上。
3.根据权利要求2所述的电极滚筒制造方法，其特征在于：
所述双面胶带的正面粘附层和背面粘附层具有不同的粘附强度，并且
使具有较低粘附强度的粘附层与所述外围表面接触。
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