CN108604669A - 包括预切割工序的制造二次电池用电极的方法 - Google Patents

包括预切割工序的制造二次电池用电极的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制造二次电池电极的方法，包括以下工序：(a)在金属箔的一个表面或两个表面上沿着作为金属箔的纵向方向的第二方向连续形成两个或更多个浆料涂布部，使得在涂布有包含电极活性材料的电极浆料的浆料涂布部之间，沿着作为金属箔的横向方向的第一方向定位未涂布有电极浆料的空白部；(b)藉由辊将浆料涂布部进行干燥并将其辊压，由此形成混合物涂布部；和(c)沿着第二方向切割(slitting)空白部，由此形成电极条，其中在工序(a)之前、或在工序(a)期间、或在工序(a)和工序(b)之间，所述方法进一步包括在金属箔的空白部中沿着第二方向形成不连续的线状狭缝(slits)的工序。

Description

包括预切割工序的制造二次电池用电极的方法
技术领域
本公开内容涉及一种包括预切割工序的制造二次电池用电极的方法。
背景技术
电子工业发展的最新趋势可以概括为装置的无线功能、可移动趋势、以及从模拟向数字的转变。无线电话(所谓的移动电话)和笔记本电脑的快速传播、以及从模拟照相机向数字照相机的转变可以被称为这种趋势的代表性示例。
随着这种趋势，对于作为装置的工作电源的二次电池的研究和发展一直在积极地进行。在这些二次电池之中，与其重量相比具有高的输出和容量并且使用锂过渡金属氧化物、锂复合氧化物等作为正极活性材料的锂二次电池受到了特别的关注。锂二次电池具有其中正极/隔板/负极的电极组件与电解质一起嵌入到密封的容器中的结构。
同时，电极经由离子交换而产生电流，构成电极的正极和负极具有其中电极活性材料被施加到由金属制得的电极集电器的结构。
通常，负极具有其中碳类活性材料被施加到由铜、铝等制得的电极板的结构，而正极具有其中由LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2等制得的活性材料被涂布到由铝等制得的电极板上的结构。
为了制造正极或负极，将包含电极活性材料的电极混合物施加到由沿着一个方向伸长的金属片制得的电极集电器。
图1是在被施加了相关技术的电极混合物的电极加工体上执行辊压(roll press)工序的示意性平面图。
参照图1，通过辊压(roll press)工序，加热辊30、31放置在其上被施加了包含电极活性材料的电极浆料14的电极加工体10的上表面和下表面上，并且加热辊30、31沿着电极加工体10的方向按压电极浆料14。在辊压工序中，残留在电极浆料中的溶剂被蒸发，电极浆料被压缩并固化在电极上，以形成具有改善的能量密度的电极混合物层。之后，执行用于处理一组电极的外形的工序。
图2是图解相关技术的电极加工体的切割工序的示意性平面图。
参照图2，使用切割器(cutter)20将由沿着一个方向D2伸长的金属片制得的、涂布有电极混合物14的电极集电器进行切割(slitting)，将电极集电器分成电极条。
特别地，第一方向D1是金属箔的横向方向，第二方向D2是金属箔的纵向方向。
图3是图解在相关技术的电极加工体中形成电极接片的工序的示意性透视图。
参照图3，通过切割工序制造的电极加工体10、11经过利用金属模或激光来加工电极接片18、19的形状的开槽工序。特别地，通过金属模20、21、22、和23将电极加工体10进行切割，以加工出电极接片18和涂布有电极混合物的涂布部17的形状。
之后，具有电极接片的形状的电极经过将隔板以及负极和/或正极进行层压(lamination)、然后将其所得物进行层叠以制造单元电池(unit cell)的工序。然后，将如此制造的单元电池放置在例如长的隔膜上，并且执行折叠(folding)工序以制造电极组件。
上述的辊压工序、切割工序、开槽工序、层压工序和折叠工序中的大多数是使用卷对卷工艺(roll-to-roll processing)，卷对卷工艺是指在辊之间移动多个可弯曲的金属箔等的同时能够执行诸如涂布和印刷之类的工序的工艺。举例来说，存在这样的一种方法：其中，其上卷绕有薄的柔性片状材料的辊展开以供应所述材料，在所供应的材料上执行涂布或印刷，并且将加工过的材料再卷绕在另一辊上。
图4是具有通过开槽工序形成的电极接片的电极加工体的示意性平面图。
一并参照图1、图2以及图3，在相关技术的电极制造方法中，当执行涂布有电极混合物的电极加工体10的辊压工序时，在涂布有电极混合物的涂布部17与仅具有金属箔而未涂布有电极混合物的未涂布部18之间产生伸长率差异，使得在未涂布部中，在与涂布部的边界附近产生波形图案15。此外，在辊压工序之后，当在切割工序期间通过切割器将剪切力施加到未涂布部时，先前产生的褶皱或波形图案变得更长更深。
由于该原因，在制造电极的工艺中，在卷对卷工艺期间未涂布部由于形成在未涂布部的褶皱或波形图案而被折叠，或者在电极的开槽工序之后形成在未涂布部15上的一部分电极接片18中形成波形图案15。结果，当在电极接片处发生外部干扰时，存在电极接片因电极接片上所形成的褶皱而易于折叠的问题，从而导致故障。
因此，需要开发能够减少因在制造二次电池的电极的工艺期间产生的褶皱或图案所导致的未涂布部或电极接片的折叠而引起的缺陷的技术。
发明内容
技术问题
提供本公开内容以解决相关技术的以上技术问题。
本公开内容的发明人已进行深入的研究和各种实验，并且已发现，如后面将描述的，在制造二次电池用电极的方法中，在通过沿着第二方向切割未涂布部而形成电极条的工序之前，当进一步包括在金属箔的未涂布部中沿着第二方向形成不连续的线状狭缝(slits)的工序时，可防止褶皱或波形图案的产生和加剧，并且还可减少因未涂布部或电极接片的折叠所导致的缺陷，从而完成本公开内容。
技术方案
本公开内容提供了一种制造二次电池用电极的方法，所述方法包括：
(a)在金属箔的一个表面或两个表面上沿着作为所述金属箔的纵向方向的第二方向连续形成两个或更多个浆料涂布部，使得未涂布有电极浆料的未涂布部沿着作为所述金属箔的横向方向的第一方向而位于涂布有包含电极活性材料的电极浆料的浆料涂布部之间的工序；
(b)通过藉由辊将所述浆料涂布部进行干燥并辊压而形成混合物涂布部的工序；和
(c)通过沿着所述第二方向切割(slitting)所述未涂布部来形成电极条的工序。
所述方法可进一步包括：
在工序(a)之前、或在工序(a)期间、或在工序(a)和工序(b)之间，在所述金属箔的所述未涂布部中沿着所述第二方向形成不连续的线状狭缝(slits)的工序。
因此，制造二次电池用电极的方法通过在工序(a)之前、或在工序(a)期间、或在工序(a)和工序(b)之间，预先地执行在金属箔的未涂布部中沿着第二方向形成不连续的线状狭缝(slits)的工序，能够防止在切割工序期间通过切割器将剪切力施加到未涂布部时所产生的褶皱或波形图案进一步变长和加剧，由此减少因褶皱或波形图案导致的未涂布部或电极接片的折叠。
在一示例性实施方式中，所述金属箔可由选自不锈钢、铝、铜、镍、钛和铝合金组成的群组中的一种或多种制得。
在一示例性实施方式中，可在工序(a)之前执行形成所述不连续的线状狭缝的工序。就是说，在将包含电极活性材料的电极浆料涂布在所述金属箔上之前，可在金属箔的未涂布部上沿着第二方向形成不连续的线状狭缝。
在另一示例性实施方式中，可在工序(a)期间执行形成所述不连续的线状狭缝的工序。就是说，在将包含电极活性材料的电极浆料涂布在金属箔上的同时，可在金属箔的未涂布部上沿着第二方向形成不连续的线状狭缝。
在另一示例性实施方式中，可在工序(a)和工序(b)之间执行形成所述不连续的线状狭缝的工序。就是说，在用包含电极活性材料的电极浆料涂布金属箔之后且在执行藉由辊将浆料涂布部进行干燥并辊压的辊压工序之前，可在金属箔的未涂布部上沿着第二方向形成不连续的线状狭缝。
在一示例性实施方式中，所述不连续的线状狭缝可形成为与所述第一方向垂直，特别地，所述不连续的线状狭缝可沿着与在形成电极条的工序中的切割方向一致的方向而形成。
此外，所述不连续的线状狭缝的每一个的长度可在约1mm至200mm的范围内，特别地，当长度小于1mm时，可能难以表现出本公开内容所需的效果，当长度大于200mm时，金属箔的未涂布部可能在运输期间分离，这可能使得处理困难。
另外，所述不连续的线状狭缝之间的间隔可在约1mm至1000mm的范围内。当间隔小于1mm时，线状狭缝之间的间隔可能很小，以致金属箔的未涂布部可能在运输期间分离，这可能使得处理困难，而当间隔大于1000mm时，可能难以表现出本公开内容所需的效果。
在一示例性实施方式中，在工序(c)期间，可通过在不连续的线状狭缝之间进行切割来执行所述未涂布部的切割，更具体地，用于切割的切割器可沿着作为金属箔的纵向的第二方向移动，从而在线状狭缝之间进行切割。
在一示例性实施方式中，在工序(c)之后，可进一步包括通过部分地切割电极条的被切割的未涂布部来形成电极接片的开槽工序。
此外，在开槽工序之后，可进一步包括通过沿着所述第一方向均匀地切割所述电极条来形成单元电极的切割工序。
由于为制造二次电池用电极所使用的装置是本领域中众所周知的，所以在此将省略其详细描述。
本公开内容还提供一种二次电极用电极，其是根据所述制造二次电池用电极的方法制造的。
本公开内容还提供一种包括所述二次电极用电极的锂二次电池。
特别地，锂二次电池可具有其中包括负极、正极、以及插置于负极和正极之间的隔板的电极组件与非水电解质溶液一起嵌入于袋形电池壳体中的结构。
此外，袋形电池壳体可由包括由具有耐气候性的聚合物树脂制成的外树脂层、具有气体和液体阻挡性能的金属层、以及由具有热熔性能的聚合物树脂制成的内树脂层的层压片制得，并且电池单元可以是相对于宽度具有小厚度的矩形平行六面体结构的板形。
正极例如可通过将正极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物涂布在正极集电器上并进行干燥来制造。如果需要，可将填料进一步添加到混合物中。
正极活性材料可以是能够引起电化学反应的材料，并且可以是锂过渡金属氧化物且可包括两种或更多种过渡金属。正极活性材料的实例可以包括层状化合物，诸如由一种或多种过渡金属所取代的锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)；由一种或多种过渡金属所取代的锂锰氧化物；具有式LiNi1-yMyO2的锂镍基氧化物(其中，M包括选自由Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B、Cr、Zn或Ga组成的群组的一种或多种元素，且0.01≤x≤0.7)；具有式Li1+ zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae的锂镍钴锰复合氧化物，例如Li1+zNi1/3Co1/3Mn1/3O2和Li1+ zNi0.4Mn0.4Co0.2O2(其中，-0.5≤z≤0.5,0.1≤b≤0.8,0.1≤c≤0.8,0≤d≤0.2,0≤e≤0.2,b+c+d<1,M＝Al、Mg、Cr、Ti、Si或Y且A＝F、P或Cl)；具有式Li1+xM1-yM'yPO4-zXz的橄榄石基锂金属磷酸盐(其中，M是过渡金属，优选地M＝Fe、Mn、Co或Ni，M’＝Al、Mg或Ti，X＝F、S或N,-0.5≤x≤+0.5,0≤y≤0.5和0≤z≤0.1)；和类似物，但是本公开内容的实施方式并不受限于此。
通常可以以基于包含正极活性材料的混合物的总重量的1重量％至20重量％的量添加导电材料。对于导电材料并没有特别的限制，只要导电材料不会在所制造的电池中引起化学变化并且具有导电性即可。举例来说，可使用石墨，例如天然石墨和人工石墨；炭黑，例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、以及热炭黑；导电纤维，例如碳纤维和金属纤维；金属粉末，例如氟化碳粉末、铝粉、以及镍粉；导电晶须，例如氧化锌晶须和钛酸钾晶须；导电金属氧化物，例如钛氧化物；诸如聚苯撑的衍生物之类的导电材料；等等。
填料可任选地使用作为抑制正极膨胀的组分。对于填料并没有特别的限制，只要填料是不会在所制造的电池中引起化学变化的纤维材料即可。填料的实例包括烯烃聚合物，例如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维材料，例如玻璃纤维和碳纤维。
此外，可通过在负极集电器上涂布负极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物并进行干燥来制造负极。根据需求，可将填料进一步添加到混合物中。此外，负极活性材料可以是选自由石墨碳、焦炭类碳和硬碳组成的群组中的一种或多种。
本公开内容还提供一种电池组，包括所述锂二次电池作为单元电池。
本公开内容还提供一种包括所述电池组的装置。所述装置的实例包括移动电话、便携式计算机、可穿戴电子装置、平板PC、智能平板电脑、上网本、LEV(Light ElectronicVehicle)、电动车辆、混合动力电动车辆和电力存储装置，但并不受限于此。
由于所述装置的结构和制造方法是本领域中众所周知的，所以在此将省略其详细描述。
有益效果
如上所述，根据本公开内容的制造二次电池用电极的方法通过在工序(a)之前、或在工序(a)期间、或在工序(a)和工序(b)之间，预先地执行在金属箔的未涂布部中沿着第二方向形成不连续的线状狭缝(slits)的工序，能够防止在切割工序期间通过切割器将剪切力施加到未涂布部时所产生的褶皱或波形图案变得更长更深，由此减少因未涂布部或电极接片的折叠所导致的缺陷。
附图说明
图1是在被施加了相关技术的电极混合物的电极加工体上执行辊压(roll press)工序的示意性平面图；
图2是图解相关技术的电极加工体的切割工序的示意性平面图；
图3是图解在相关技术的电极加工体中形成电极接片的工序的示意性透视图；
图4是具有通过相关技术的开槽工序形成的电极接片的电极加工体的示意性平面图；
图5是图解根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的工序的流程图；
图6是在根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中，执行工序110之前的金属箔的示意性平面图；
图7是在根据本公开内容另一示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中，正在执行工序110时的金属箔的示意性平面图；
图8是在根据本公开内容又一示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中，工序110与工序120之间的金属箔的示意性平面图；
图9是图解根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中的工序130的示意性平面图；
图10是图解在根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中形成电极接片的开槽工序的示意性平面图；
图11是图解在根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中形成单元电极的切割工序的示意性平面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图描述本公开内容的各实施方式。然而，在此提供的描述是为了更好地理解本公开内容，本公开内容的范围并不受限于此。
图5是图解根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的工序的流程图，图6是在根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中，执行工序110之前的金属箔的示意性平面图，图7是在根据本公开内容另一示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中，正在执行工序110时的金属箔的示意性平面图。
参照图5至图7，根据本公开内容的制造二次电池用电极的方法100可包括：工序110，在金属箔200的一个表面或两个表面上沿着作为金属箔200的纵向方向的第二方向D2连续形成三个浆料涂布部220、221和222，使得未涂布有电极浆料的未涂布部230沿着作为金属箔200的横向方向的第一方向D1而位于涂布有包含电极活性材料的电极浆料225的浆料涂布部220、221和222之间；工序120，通过藉由辊将浆料涂布部220、221和222进行辊压并干燥而形成混合物涂布部240(图9)；和工序130，通过沿着第二方向D2切割未涂布部230来形成电极条260(图10)。
特别地，当制造正极集电器时，金属箔200可由铝制成，当制造负极集电器时，铜可用作金属箔200。
参照图5和图6，在用包含电极活性材料的电极浆料(未示出)涂布金属箔200的工序110之前，可执行通过切割器构件310在金属箔200的未涂布部230中沿着第二方向D2形成不连续的线状狭缝210的工序140。
此外，不连续的线状狭缝210可形成为与第一方向D1垂直，不连续的线状狭缝210也可沿着与在工序130中切割的第二方向D2一致的方向形成。
另外，不连续的线状狭缝210的每一个的长度L1可在约1mm至200mm的范围内，并且不连续的线状狭缝210之间的间隔L2可在约1mm至1000mm的范围内。
参照图5和图7，在形成不连续的线状狭缝210的工序中，可在藉由排放构件400给金属箔200涂布包含电极活性材料的电极浆料225的工序110期间来执行藉由切割器构件310在金属箔200的未涂布部230中沿着第二方向D2形成不连续的线状狭缝210的工序140。
图8是在根据本公开内容又一示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中，工序110与工序120之间的金属箔的示意性平面图。
参照图5和图8，可在用包含电极活性材料的电极浆料225涂布金属箔200的工序110与藉由辊501和502执行将浆料涂布部220、221和222进行辊压并干燥的辊压工序的工序120之间执行在金属箔200的未涂布部230中沿着第二方向D2形成不连续的线状狭缝210的工序140。
图9是图解根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中的工序130的示意性平面图。
参照图5和图9，在工序130中，可藉由用于切割的切割器300沿着作为金属箔200的纵向方向的第二方向D2移动而在不连续的线状缝隙210之间进行切割来执行未涂布部230的切割。
图10是图解在根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中形成电极接片的开槽工序的示意性平面图。
参照图5、图9和图10，在根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中，在工序130之后，进一步执行通过利用金属模600部分地切割电极条260的被切割的未涂布部230来形成电极接片232的开槽工序。
图11是图解在根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中形成单元电极的切割工序的示意性平面图。
参照图10和图11，在根据本公开内容示例性实施方式的制造二次电池用电极的方法中，在图10的开槽工序之后进一步执行通过利用切割器330沿着第一方向D1均匀地切割电极条260来形成单元电极700的切割工序。
如上所述，根据本公开内容的制造二次电池用电极的方法通过在工序(a)之前、或在工序(a)期间、或在工序(a)和工序(b)之间，执行在金属箔的未涂布部中沿着第二方向形成不连续的线状狭缝(slits)的工序，能够防止在切割工序期间通过切割器将剪切力施加到未涂布部时所产生的褶皱或波形图案进一步变长或变深，由此减少因褶皱或波形图案引起的未涂布部或电极接片的折叠所导致的缺陷。

Claims (12)

1.一种制造二次电池用电极的方法，所述方法包括：
(a)在金属箔的一个表面或两个表面上沿着作为所述金属箔的纵向方向的第二方向连续形成两个或更多个浆料涂布部，使得未涂布有电极浆料的未涂布部沿着作为所述金属箔的横向方向的第一方向而位于涂布有包含电极活性材料的所述电极浆料的所述浆料涂布部之间的工序；
(b)通过藉由辊将所述浆料涂布部进行干燥并辊压而形成混合物涂布部的工序；和
(c)通过沿着所述第二方向切割(slitting)所述未涂布部来形成电极条的工序，
其中，在工序(a)之前、或在工序(a)期间、或在工序(a)和工序(b)之间，所述方法进一步包括在所述金属箔的所述未涂布部中沿着所述第二方向形成不连续的线状狭缝(slits)的工序。
2.根据权利要求1所述的制造二次电池用电极的方法，其中所述金属箔是由选自不锈钢、铝、铜、镍、钛和铝合金组成的群组中的一种或多种制得。
3.根据权利要求1所述的制造二次电池用电极的方法，其中在工序(a)之前执行形成所述不连续的线状狭缝的工序。
4.根据权利要求1所述的制造二次电池用电极的方法，其中在工序(a)期间执行形成所述不连续的线状狭缝的工序。
5.根据权利要求1所述的制造二次电池用电极的方法，其中在工序(a)和工序(b)之间执行形成所述不连续的线状狭缝的工序。
6.根据权利要求1所述的制造二次电池用电极的方法，其中所述不连续的线状狭缝的每一个的长度在约1mm至200mm的范围内。
7.根据权利要求1所述的制造二次电池用电极的方法，其中所述不连续的线状狭缝之间的间隔在约1mm至1000mm的范围内。
8.根据权利要求1所述的制造二次电池用电极的方法，其中所述不连续的线状狭缝形成为与所述第一方向垂直。
9.根据权利要求1所述的制造二次电池用电极的方法，其中，在工序(c)期间，通过在所述不连续的线状狭缝之间进行切割来执行所述未涂布部的切割。
10.根据权利要求1所述的制造二次电池用电极的方法，其中，在工序(c)之后，进一步包括通过部分地切割所述电极条的被切割的未涂布部来形成电极接片的开槽工序。
11.根据权利要求10所述的制造二次电池用电极的方法，其中，在所述开槽工序之后，进一步包括通过沿着所述第一方向均匀地切割所述电极条来形成单元电极的切割工序。
12.一种二次电极用电极，所述二次电极用电极是根据权利要求1所述的制造二次电池用电极的方法制造的。
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