CN110731024B - 焊接电极片的方法和包括根据该方法制造的电极的电缆型可充电电池 - Google Patents

焊接电极片的方法和包括根据该方法制造的电极的电缆型可充电电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种利用脉冲激光束焊接电极片和集电层的焊接电极片的方法，以及包括根据所述方法制造的电极的电缆型可充电电池。

Description

焊接电极片的方法和包括根据该方法制造的电极的电缆型可 充电电池
技术领域
本申请要求于2017年06月27日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0081403的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用并入本说明书中。
本发明涉及一种焊接电极片的方法和包括根据该方法制造的电极的电缆型可充电电池。
背景技术
可充电电池是指将外部电能转换为化学能、储存化学能并且在需要电时产生电的装置。与用作一次性电池的一次电池相比，可充电电池具有经济优势和环境优势。
用于可充电电池的电极配置为使得绝缘层、集电层、底漆层和电极活性材料层依次设置。此外，为了使电极实际用于可充电电池，电极片需要焊接到集电层，以使电流可以移动到电极的外部。
然而，在焊接电极的过程中存在由于电极活性材料层和绝缘层引起的污染导致焊接质量劣化的问题，因此，为了解决电极污染的问题，焊接需要在完全除去电极活性材料层和绝缘层之后来进行。
然而，根据上述方法除去绝缘层导致的问题在于柔韧性和耐久性劣化，使得电极不能用于电缆型电池。
因此，需要多种方面的研究以使由于电极片焊接引起的污染导致的焊接质量的劣化最小化，并且为了简化电极制造工艺使焊接方法和条件多样化。[相关技术文献]
[专利文献]
日本专利申请特许公开No.2005-129497
发明内容
技术问题
本发明提供一种焊接电极片的方法和包括根据该方法制造的电极的电缆型可充电电池。
技术方案
本发明的一个示例性实施方案提供一种焊接电极片的方法，该方法包括：制备依次设置有绝缘层、集电层和底漆层的电极堆；形成电极活性材料层，该电极活性材料层设置在所述底漆层上并且具有暴露所述底漆层的区域；在暴露所述底漆层的所述区域中层压电极片；和通过照射脉冲激光束焊接所述电极片和所述集电层，其中，所述绝缘层在400nm至1,200nm的波长下的透射率为50％以上，并且所述脉冲激光束透过所述绝缘层并且在从所述绝缘层向所述集电层的方向上发射。
本发明的另一示例性实施方案提供一种电缆型可充电电池，包括：在其外表面上具有隔层的内部电极；和成螺旋形地设置在所述隔层的外表面上的外部电极，其中，所述外部电极和所述内部电极中的至少一个是根据所述焊接电极片的方法焊接的电极。
有益效果
根据本发明的示例性实施方案的焊接电极片的方法不包括除去绝缘层和底漆层的工艺，因此，具有焊接电极片的工艺和制造电极的工艺被简化的优点。
另外，根据本发明的示例性实施方案的焊接电极片的方法具有对绝缘层的破坏最小化并且确保电极的柔韧性和耐久性的优点。
根据本发明的示例性实施方案的焊接电极片的方法具有通过照射脉冲激光束并且调节其条件而可以改善焊接质量的优点。
附图说明
图1是示出通过超声波焊接制造的电极样品的数字图像的图；
图2是示出根据本发明的一个示例性实施方案的电极堆中包括的绝缘体的根据波长范围的透射率曲线的图；
图3a至图3c是示出根据本发明的示例性实施方案的焊接电极片的方法的示意图；
图4a是示出通过使用光学显微镜在根据实施例1焊接的电极的照射表面处拍摄的图像的图；
图4b是示出通过使用光学显微镜在根据实施例1焊接的电极的底端表面处拍摄的图像的图；
图5a是示出通过使用光学显微镜在根据比较例2焊接的电极的照射表面处拍摄的图像的图；
图5b是示出通过使用光学显微镜在根据比较例2焊接的电极的底端表面处拍摄的图像的图；
图6a是示出显示光斑间隔距离并且通过使用光学显微镜在根据实施例1焊接的电极的照射表面处拍摄的图像的图；
图6b是示出显示光斑间隔距离并且通过使用光学显微镜在根据实施例5焊接的电极的照射表面处拍摄的图像的图；
图6c是示出显示光斑间隔距离并且通过使用光学显微镜在根据实施例6焊接的电极的照射表面处拍摄的图像的图。
具体实施方式
在本说明书中，当将一个构件设置在另一构件“上”时，这不仅包括该一个构件与另一构件接触的情况，而且还包括在该两个构件之间还存在另一构件的情况。
在本说明书中，当一个部分“包括”一个构成要素时，除非另外具体描述，否则这并不表示排除另一构成要素，而是表示还可以包括另一构成要素。
在本申请的整个说明书中，术语“透射率”是指透过构件的光的量与进入构件的光的量的比例。在这种情况下，进入构件的光的量和透过构件的光的量可以通过使用分光光度计(Lambda 950，PerkinElmer，Inc.)等来测量。
本发明人已经确认，当将超声波振动施加到集电层上时，如果在焊接用于制造用于可充电电池的电极的电极片的过程中没有完全除去电极活性材料层、底漆层和绝缘层，则焊接质量劣化。因此，本发明人通过使除去构成可充电电池用电极的各个层的过程最小化并且具体地指定激光照射的方向和条件来进行不断研究以解决上述问题，并且已经开发了一种焊接电极片的方法，这将在下面描述。
在下文中，将更详细地描述本说明书。
本发明的示例性实施方案提供了一种焊接电极片的方法，该方法包括：制备依次设置有绝缘层、集电层和底漆层的电极堆；形成电极活性材料层，该电极活性材料层设置在所述底漆层上并且具有暴露所述底漆层的区域；在暴露所述底漆层的所述区域中层压电极片；和通过照射脉冲激光束焊接所述电极片和所述集电层，其中，所述绝缘层在400nm至1,200nm的波长下的透射率为50％以上，并且所述脉冲激光束透过所述绝缘层并且在从所述绝缘层向所述集电层的方向上发射。
根据本发明的示例性实施方案，所述绝缘层可以设置在集电层的外表面上，以保护电极免受空气中的湿气和外部冲击的伤害。所述绝缘层可以由包括水分阻挡层的常规聚合树脂制成，并且聚合树脂可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)和环氧树脂中的至少一种。然而，任何材料都是可接受的，只要该材料可以实现柔韧性，并且聚合物树脂的类型不受限制。
根据本发明的示例性实施方案，所述集电层可以由以下材料制成：不锈钢；铝、镍、钛、烧碳(fired carbon)、铜；表面用碳、镍、钛或银处理的不锈钢；铝镉合金；表面用导电材料处理的非导电聚合物；导电聚合物；包括由Ni、Al、Au、Ag、Al、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba或氧化铟锡(ITO)构成的金属粉末的金属膏；或者包括由石墨、炭黑或碳纳米管制成的碳粉的碳膏，但是集电层的材料的类型不受限制。
根据本发明的一个示例性实施方案，所述底漆层可以包含导电材料和粘合剂。由于底漆层包含导电材料和粘合剂，因此底漆层可以用作电极上的导电层和粘合层两者。
具体地，底漆层可以有效地粘合电极活性材料层和集电层，可以通过提高电极活性材料层的导电性来降低电极的电阻，并且可以防止电池的性能劣化。具体地，底漆层可以设置在集电层和电极活性材料层之间。
根据本发明的示例性实施方案，所述导电材料可以包括选自炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维、碳纳米管和石墨烯中的至少一种，但是导电材料的类型不受限制。
根据本发明的示例性实施方案，所述粘合剂可以包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、聚芳酯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物和聚酰亚胺中的至少一种。然而，粘合剂的类型不受限制。
根据本发明的示例性实施方案，所述电极活性材料层可以设置在底漆层上，并且可以具有暴露底漆层的区域。
根据本发明的示例性实施方案，在电极是用于可充电电池的负极的情况下，电极活性材料层可以包括以下中的至少一种：天然石墨、人造石墨或含碳材料；金属(Me)，如Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni或Fe；包含上述金属(Me)的合金；上述金属(Me)的氧化物(MeOx)或锂钛氧化物(LTO)；和由上述金属(Me)和碳制成的复合材料。
根据本发明的示例性实施方案，在电极是用于可充电电池的正极的情况下，电极活性材料层可以包括选自以下中的任何一种活性材料粒子或两种或更多种活性材料粒子的混合物：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2和LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(M1和M2各自独立地是选自Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo中的任何一种，x、y和z各自独立地为氧化物组成元素的原子分数，0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，x+y+z≤1)。
根据本发明的示例性实施方案，在暴露底漆层的区域中层压电极片可以包括使电极片与暴露底漆层的区域接触。
根据本发明的示例性实施方案，所述电极片可以层压在包括部分暴露于外部的底漆层的电极堆上。
具体地，可以暴露底漆层的对应于层压电极片的区域的部分区域，并且电极片可以层压在底漆层上暴露的部分区域上。
根据本发明的示例性实施方案，层压在暴露底漆层的区域中的电极片可以是以下中的至少一种：不锈钢、铝、镍、钛、烧碳、铜；表面用碳、镍、钛或银处理的不锈钢；和铝-镉合金，但是电极片的类型不受限制。
根据本发明的示例性实施方案，电极片和集电层的焊接可以通过照射脉冲激光束来进行。如果焊接通过使用超声波振动进行，则电极的照射表面和底端表面会被电极活性材料层或绝缘层污染。
图1是示出通过超声波焊接制造的电极样品的数字图像的图。参考图1，电极上设置电极片的部分可以指底端表面，电极片上设置电极的部分可以指照射表面。
根据本发明的示例性实施方案，所述绝缘层在400nm至1,200nm的波长下的透射率可以为50％以上。具体地，绝缘层对具有400nm至1,200nm的任何一个波长值的光的透射率可以为50％以上。另外，绝缘层在400nm至1,200nm的波长下的透射率可以为80％至95％。在绝缘层的透射率在上述范围内的情况下，当脉冲激光束在从绝缘层向集电层的方向上发射时，脉冲激光束可以透过绝缘层，同时对绝缘层的破坏最小化。
图2示出了绝缘层的根据波长范围的透射率曲线。参考图2，可以确定，绝缘层在400nm以上的波长下的透射率保持在80％以上。
根据本发明的示例性实施方案，脉冲激光束可以透过绝缘层并且可以在从绝缘层向集电层的方向上发射。
在脉冲激光束在从绝缘层向集电层的方向上发射的情况下，与脉冲激光束在从集电层向绝缘层的方向上发射的情况相比，可以减少对电极的破坏。
具体地，在脉冲激光束在从集电层向绝缘层的方向上发射的情况下，绝缘层会被破坏。更具体地，需要熔化比集电层厚的电极片以使电极片被焊接，需要发射高输出脉冲激光束以熔化电极片，集电层会由于发射高输出脉冲激光束而变形，并且绝缘层会由于集电层的变形而被破坏。
另外，在脉冲激光束在从集电层向绝缘层的方向上发射的情况下，会在电极片的表面上形成焊珠，这会降低电极的性能，但是在脉冲激光束在从绝缘层向集电层的方向上发射的情况下，可以使电极片的表面上的焊珠的形成最小化。
根据本发明的示例性实施方案，所述电极活性材料层的形成可以包括：将电极活性材料层设置在底漆层上，和通过除去电极活性材料层的一个区域来暴露出底漆层的一个区域。
图3a至图3c示出了根据本发明的示例性实施方案的焊接电极片的方法的示意图。具体地，图3a是示出电极活性材料层40设置在包括绝缘层10、集电层20和底漆层30的电极堆100的底漆层30上的状态的图。图3b是示出除去电极活性材料层40的一个区域并且暴露出底漆层30的一个区域的状态的图。图3c是示出在底漆层30暴露的一个区域中层压电极片50，并且在从绝缘层10向集电层20的方向上发射脉冲激光束200的状态的图。
根据本发明的示例性实施方案，底漆层的一个区域可以通过蚀刻和除去电极活性材料层的一个区域暴露出来。例如，蚀刻可以通过在电极活性材料层的一个区域中施用蚀刻掩模并且除去电极活性材料层未施用蚀刻掩模的的一个区域来进行。
根据本发明的示例性实施方案，蚀刻可以是湿法蚀刻或干法蚀刻。
根据本发明的示例性实施方案，湿法蚀刻可以通过使用蚀刻溶液蚀刻电极活性材料层未施用蚀刻掩模的一个区域来进行，但是该方法不受限制。具体地，所述蚀刻溶液可以包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)、水、醇、二甲基亚砜(DMSO)和丙酮中的至少一种，但是蚀刻溶液的类型不受限制。
根据本发明的示例性实施方案，干法蚀刻可以通过将脉冲激光束照射到电极活性材料层未施用蚀刻掩模的一个区域以除去电极活性材料层来进行，但是该方法不受限制。
根据本发明的示例性实施方案，在干法蚀刻过程中发射的脉冲激光束的发射条件可以由用户根据需要在适当的范围内调节，具体地，在使用具有IR波长的50W的脉冲激光束的情况下，脉冲激光束的平均输出密度可以设定为1MW/cm2至5MW/cm2。
根据本发明的示例性实施方案，电极活性材料层的形成可以包括以暴露底漆层的一个区域的方式将电极活性材料层设置在底漆层上。具体地，电极活性材料层不会设置在将暴露底漆层的一个区域中，而是电极活性材料层可以设置在将不暴露底漆层的其它区域中。
更具体地，作为将电极活性材料层设置在不暴露底漆层的区域中的方法，可以使用诸如丝网印刷、胶版印刷、柔性版印刷、喷墨印刷、狭缝模具涂布、滑动涂布、或帘幕涂布的方法，但是所述方法不受限制。
根据本发明的示例性实施方案，电极片和集电层的焊接可以包括：通过照射脉冲激光束除去与电极片接触的底漆层，和焊接电极片和集电层。
具体地，由于脉冲激光束发射到集电层，所以集电层可以被加热，并且当加热的集电层变形时，设置在加热的集电层上的底漆层可以蒸发，使得底漆层可以被除去。
根据本发明的示例性实施方案，脉冲激光束可以通过聚焦在集电层上发射。具体地，脉冲激光束可以通过聚焦在集电层和绝缘层之间的中间层上发射。
由于脉冲激光束通过聚焦在集电层上发射，所以集电层可以在吸收激光束的能量的同时变形，当集电层变形时，与集电层相邻的底漆层蒸发，从而可以焊接集电层和电极片。
根据本发明的示例性实施方案，所述底漆层的厚度可以为1μm至10μm，具体地，为1μm至5μm，更具体地，为1μm至3μm。在底漆层的厚度在上述范围内的情况下，可以顺利地涂覆电极活性材料层，并且可以确保底漆层的粘合力和导电性。另外，当脉冲激光束被发射并吸收时，底漆层充分蒸发，使得电极片可以顺利地焊接到集电层。
根据本说明书的示例性实施方案，所述集电层的厚度可以为5μm至30μm。具体地，所述集电层的厚度可以为5μm至20μm、10μm至30μm或10μm至20μm。通过将集电层的厚度调节在上述范围内，可以使由电极片的焊接引起的对集电层的破坏最小化，并且可以充分地焊接电极片。
根据本发明的示例性实施方案，所述绝缘层的厚度可以为5μm至30μm，并且具体地，为10μm至20μm。通过将绝缘层的厚度调节在上述范围内，可以使焊接电极片时由脉冲激光束的发射引起的对电极的破坏最小化，并且可以顺利地焊接电极片。
具体地，在绝缘层的厚度在上述范围内的情况下，可以使得照射脉冲激光束传输到绝缘体时由集电层吸收的能量引起的对绝缘层的破坏最小化，并且可以使得由于绝缘层直接吸收由于脉冲激光束的发射的能量而引起的对绝缘层的破坏最小化。因此，在上述绝缘层的厚度范围内，可以提供其中耐久性的劣化最小化的可充电电池。
根据本发明的示例性实施方案，所述电极片的厚度可以为80μm至500μm，并且具体地，为90μm至300μm或100μm至150μm。在电极片的厚度在上述范围内的情况下，可以提供其中电阻的增加和电池的厚度最小化的电极。
根据本发明的示例性实施方案，所述电极活性材料层的厚度可以为20μm至150μm，具体地，为20μm至130μm、40μm至150μm、或40μm至130μm，更具体地，为40μm至110μm、70μm至130μm、或70μm至110μm，仍然更具体地，为90μm至100μm。通过将电极活性材料层的厚度调节在上述范围内，可以提供具有优异的导电性和大的充电容量的电极。
根据本发明的示例性实施方案，电极堆还可以包括在集电层和绝缘层之间的粘合层。由于设置粘合层，因此可以防止绝缘层与集电层分离。
根据本发明的示例性实施方案，所述粘合层的厚度可以为1μm至5μm。在粘合层的厚度在上述范围内的情况下，可以使由激光束的发射引起的对绝缘层的破坏最小化，并且可以防止集电层和绝缘层之间的分离。
根据本发明的示例性实施方案，所述粘合层可以设置为具有本领域已知的粘合剂，并且粘合剂的类型不受限制。
在本说明书中，脉冲激光束可以是本领域已知的脉冲激光束，具体地，脉冲激光束可以是脉冲形式的激光束，即，进行发射并且随时间停止的激光束。
根据本发明的示例性实施方案，脉冲激光束的脉冲能量可以为10mJ至30mJ，具体地，为11mJ至30mJ、10mJ至25mJ、或11mJ至25mJ，更具体地，为12mJ至25mJ、11mJ至20mJ、或12mJ至20mJ。
通过将脉冲激光束的脉冲能量调节在上述范围内，可以使对绝缘层的破坏最小化。具体地，通过照射具有上述范围内的脉冲能量的脉冲激光束，可以在进行电极片焊接时使由脉冲激光束的发射引起的对绝缘层的破坏最小化。
在本说明书中，脉冲激光束的脉冲能量可以指当进行脉冲激光束的发射和停止一次时输出的能量。
根据本发明的示例性实施方案，所述脉冲激光束的光斑间隔距离可以为0.15mm至0.45mm，具体地，为0.15mm至0.35mm、0.17mm至0.45mm、或0.17mm至0.35mm，更具体地，为0.2mm至0.35mm、0.17mm至0.25mm、或0.2mm至0.25mm。
根据本发明的示例性实施方案，脉冲激光束在电极的长度方向上的光斑间隔距离可以为0.15mm至0.45mm，具体地，为0.15mm至0.35mm，更具体地，为0.15mm至0.25mm。在电极的宽度方向上，脉冲激光束的光斑间隔距离可以为0.15mm至0.35mm，具体地，为0.15mm至0.25mm。
根据本发明的示例性实施方案，通过将脉冲激光束的光斑间隔距离调节在上述范围内，可以顺利地焊接电极片。具体地，通过将脉冲激光束的光斑间隔距离调节在上述范围内，可以使对集电层和电极片的破坏最小化，并且可以使由发射的脉冲激光束的能量的减小引起的拉伸强度的降低最小化。
在本说明书中，脉冲激光束的光斑间隔距离(光斑排列)可以表示发射的脉冲激光束的焦点之间的距离。
在本说明书中，所述长度方向可以是布边方向(selvage direction)，并且可以垂直于纹理方向和设置绝缘层、集电层和底漆层的方向。
在本说明书中，所述宽度方向可以是纹理方向，并且可以垂直于布边方向和设置绝缘层、集电层和底漆层的方向。
根据本发明的示例性实施方案，所述脉冲激光束的光斑尺寸可以为50μm至150μm，具体地，为50μm至120μm、60μm至150μm、或60μm至120μm，更具体地，为60μm至100μm、80μm至120μm、或80μm至100μm。
根据本发明的示例性实施方案，所述脉冲激光束的波长可以为400nm至1,200nm。
根据本发明的示例性实施方案，脉冲激光束的介质可以是通过将镱添加到光纤中而制成的掺杂Yb的光纤，但是介质的类型不受限制。
根据本发明的示例性实施方案，焊接电极片的方法可以是焊接用于电缆型可充电电池的电极片的方法。
根据本发明的示例性实施方案的通过焊接电极片制成的电极可以用作可充电电池的电极。具体地，通过焊接电极片制成的电极可以用作可充电电池的正极和/或负极。另外，通过焊接电极片制成的电极可以用作电缆型可充电电池的电极。
根据本发明示例性实施方案的通过焊接电极片制成的电极可以用作电缆型可充电电池的内部电极和/或外部电极。另外，通过焊接电极片制成的电极可以用作电缆型可充电电池的正极和/或负极。
本发明的另一示例性实施方案提供一种电缆型可充电电池，包括：在其外表面上具有隔层的内部电极；成螺旋形地设置在所述隔层的外表面上的外部电极，其中，所述外部电极和所述内部电极中的至少一个是根据所述焊接电极片的方法焊接的电极。
根据本发明的示例性实施方案，所述内部电极可以包括集电层和形成在所述集电层的一个表面上的电极活性材料层，并且集电层和电极活性材料层可以分别与所述焊接电极片的方法中的集电层和电极活性材料层相同。
根据本发明的示例性实施方案，所述隔层可以包括电解质和绝缘膜中的至少任意一种。
根据本发明的示例性实施方案，所述电解质可以包括使用聚环氧乙烷、聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈或聚乙酸乙烯酯的凝胶型聚合物电解质；和使用聚环氧乙烷、聚环氧丙烷、聚乙烯亚胺、聚乙烯硫化物或聚乙酸乙烯酯的固体电解质中的至少一种。
此外，所述电解质还可以包含锂盐。锂盐可以包括LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3cO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、短链脂肪族羧酸锂和四苯基硼酸锂中的至少一种。
根据本发明的示例性实施方案，所述绝缘膜可以设置为：通过利用选自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物的聚烯烃类聚合物制造的多孔聚合物基材；通过使用选自聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、改性聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯的聚合物制造的多孔聚合物基材；由无机物粒子和粘合剂聚合物的混合物制成的多孔基材；或者，在多孔聚合物基材的至少一个表面上由无机物粒子和粘合剂聚合物的混合物形成的多孔涂层。
[主要附图标记的说明]
10：绝缘层
20：集电层
30：底漆层
40：电极活性材料层
50：电极片
100：电极堆
200：脉冲激光束
在下文中，将参考用于具体描述本发明的实施例详细描述本发明。然而，根据本发明的实施例可以以各种形式进行修改，并且不能解释为本发明的范围限于下面将要描述的实施例。提供本说明书的实施例是为了向本领域普通技术人员更完整地描述本发明。
实施例1
准备依次设置有聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)绝缘层、铝集电层和底漆层的电极堆。
绝缘层的厚度为约15μm，并且绝缘层在400nm至1,200nm的波长下的透射率为90％以上。集电层的厚度为约20μm。底漆层包含炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)，底漆层的厚度为约3μm。
将包含LiCoO2的电极活性材料层设置在电极堆中所包括的底漆层上。电极活性材料层的长度为约25mm，电极活性材料层的宽度为约10mm，电极活性材料层的厚度为约95μm。
在电极活性材料层的部分区域中形成蚀刻掩模，并且用N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液处理电极活性材料层未形成蚀刻掩模的部分区域，使得电极活性材料层未形成蚀刻掩模的部分区域被除去，结果，暴露出底漆层的部分区域。
在底漆层的部分暴露的部分上层压长度为20mm、宽度为1.5mm、厚度为100μm的铝电极片。
使用脉冲激光束发射器(SPI的R4)在从聚对苯二甲酸乙二醇酯绝缘层向铝集电层的方向上通过聚焦于铝集电层上，来发射具有12.5mJ的脉冲能量，在长度方向上的光斑间隔距离为0.2mm，在宽度方向上的光斑间隔距离为0.2mm，光斑尺寸为约90μm的脉冲激光束，从而将电极片焊接到电极堆上。
实施例2
除了脉冲能量为17.5mJ之外，通过与实施例1的方法相同的方法将电极片焊接到电极堆上。
实施例3
除了脉冲能量为25mJ之外，通过与实施例1的方法相同的方法将电极片焊接到电极堆上。
实施例4
除了发射在长度方向上具有0.3mm的光斑间隔距离并且在宽度方向上具有0.2mm的光斑间隔距离的激光束之外，通过与实施例1的方法相同的方法将电极片焊接到电极堆上。
实施例5
除了发射在长度方向上具有0.4mm的光斑间隔距离并且在宽度方向上具有0.2mm的光斑间隔距离的激光束之外，通过与实施例1的方法相同的方法将电极片焊接到电极堆上。
实施例6
除了发射在长度方向上具有0.2mm的光斑间隔距离并且在宽度方向上具有0.3mm的光斑间隔距离的激光束之外，通过与实施例1的方法相同的方法将电极片焊接到电极堆上。
比较例1
除了脉冲能量为35mJ之外，通过与实施例1的方法相同的方法将电极片焊接到电极堆上。
比较例2
除了脉冲能量为50mJ之外，通过与实施例1的方法相同的方法将电极片焊接到电极堆上。
比较例3
除了通过使用超声波发射器(Branson)在振幅为40％并且焊接时间为1秒的条件下发射超声波代替脉冲激光束之外，通过与实施例1的方法相同的方法将电极片焊接到电极堆上。
比较例4
除了发射在长度方向上具有0.1mm的光斑间隔距离并且在宽度方向上具有0.2mm的光斑间隔距离的激光束之外，通过与实施例1的方法相同的方法将电极片焊接到电极堆上。
比较例5
除了发射在长度方向上具有0.2mm的光斑间隔距离并且在宽度方向上具有0.1mm的光斑间隔距离的激光束之外，通过与实施例1的方法相同的方法将电极片焊接到电极堆上。
下面表1示出了根据实施例1至实施例6和比较例1至比较例5的焊接方法的信息的总结。
[表1]
Figure GDA0002309302880000141
<评价>
1.拉伸强度的测量
下面表2示出了当具有根据实施例1至实施例3和比较例1至比较例3制造的焊接的电极片的用于可充电电池的每个电极通过在纵向方向上以10mm/min的拉伸速度伸长每个电极而断裂时测量的拉伸强度值。
下面表3示出了当具有根据实施例1、实施例4和实施例5以及比较例4焊接的电极片的用于可充电电池的每个电极通过在纵向方向上以10mm/min的拉伸速度伸长每个电极而断裂时测量的拉伸强度值。
下面表4示出了当具有根据实施例1和实施例6以及比较例5焊接的电极片的用于可充电电池的每个电极通过在纵向方向上以10mm/min的拉伸速度伸长每个电极而断裂时测量的拉伸强度值。
[表2]
Figure GDA0002309302880000151
[表3]
Figure GDA0002309302880000161
[表4]
Figure GDA0002309302880000162
2.拍摄截面图像
通过使用光学显微镜(Olympus BX51M)拍摄具有根据实施例1、实施例5和实施例6以及比较例2焊接的电极片的用于可充电电池的电极的照射表面的图像。
通过使用光学显微镜(Olympus BX51M)拍摄具有根据实施例1和比较例2焊接的电极片的用于可充电电池的电极的底端表面的图像。
<评价结果>
表2示出了在改变脉冲激光束的脉冲能量时焊接的用于可充电电池的电极的拉伸强度。拉伸强度需要具有接近1kgf的值，使得电极可以应用于电缆型可充电电池。
根据表2，可以确定，根据实施例1至实施例3的电极可以应用于电缆型可充电电池，但是根据比较例1和比较例2的电极不能应用于电缆型可充电电池。
另外，可以确定的是，在通过超声波焊接焊接电极片的比较例3的情况下，拉伸强度值是可以应用于电缆型可充电电池的值，但是由于绝缘层的破坏，电极不能应用于电缆型可充电电池。
此外，可以确定的是，在使用超声波焊接电极的情况下，集电层和绝缘体被破坏，因此，需要使用脉冲激光束来使对集电层和绝缘体的破坏引起的电极的污染最小化。
图4a是示出使用光学显微镜在根据实施例1焊接的电极的照射表面处拍摄的图像的图，图4b是示出使用光学显微镜在根据实施例1焊接的电极的底端表面处拍摄的图像的图。
图5a是示出使用光学显微镜在根据比较例2焊接的电极的照射表面处拍摄的图像的图，图5b是示出使用光学显微镜在根据比较例2焊接的电极的底端表面处拍摄的图像的图。
根据图4a、图4b、图5a和图5b，可以确定，在根据其中发射具有12.5mJ的脉冲能量的脉冲激光束的实施例1的电极的照射表面和底端表面处的绝缘层和集电层很少被破坏，但是由于在根据其中发射具有50mJ的脉冲能量的脉冲激光束的比较例2的电极的照射表面和底端表面处的绝缘层和集电层的破坏，电极被污染。
总的来说，可以确定，当发射具有根据本发明的示例性实施方案的范围内的脉冲能量的脉冲激光束时，可以使对绝缘层和集电层的破坏最小化，并且电极可以具有可以应用于电缆型可充电电池的拉伸强度值。
表3和表4示出了通过其中光斑间隔距离变化的脉冲激光束焊接的用于可充电电池的电极的拉伸强度。根据表2和表3，可以确定，通过在长度方向上的光斑间隔距离为0.2mm至0.4mm并且在宽度方向上的光斑间隔距离为0.2mm至0.3mm的条件下照射脉冲激光束而制成的电极的拉伸强度可以应用于电缆型可充电电池，并且可以确定，在具有偏离上述条件的条件的比较例4和比较例5的情况下，电极具有可以应用于电缆型可充电电池的拉伸强度值，但是由于绝缘层的破坏，电极不能应用于电缆型可充电电池。
图6a是示出使用光学显微镜在根据实施例1焊接的电极的照射表面处拍摄的显示出光斑间隔距离的图像的图。图6b是示出使用光学显微镜在根据实施例5焊接的电极的照射表面处拍摄的显示出光斑间隔距离的图像的图。图6c是示出使用光学显微镜在根据实施例6焊接的电极的照射表面处拍摄的显示出光斑间隔距离的图像的图。
根据图6a、图6b和图6c，可以确定，根据其中在长度方向上的光斑间隔距离为0.2mm至0.4mm并且在宽度方向上的光斑间隔距离为0.2mm至0.3mm的条件下发射脉冲激光束的实施例1、实施例5和实施例6，由于集电层的渗漏引起的对电极的照射表面的破坏最小化。
总的来说，可以确定，通过根据本发明的示例性实施方案照射具有在所述范围内的光斑间隔距离的脉冲激光束，可以使对绝缘层和集电层的破坏最小化，并且制造的电极可以具有可以应用于电缆型可充电电池的拉伸强度值。

Claims (16)

1.一种焊接电极片的方法，该方法包括：
制备依次设置有绝缘层、集电层和底漆层的电极堆；
形成电极活性材料层，该电极活性材料层设置在所述底漆层上并且具有暴露所述底漆层的区域；
在暴露所述底漆层的所述区域中层压电极片；和
通过照射脉冲激光束焊接所述电极片和所述集电层，
其中，所述绝缘层在400nm至1,200nm的波长下的透射率为50％以上，并且所述脉冲激光束透过所述绝缘层并且在从所述绝缘层向所述集电层的方向上发射，
其中，来自所述脉冲激光束的脉冲能量为10mJ至30mJ，
其中，在电极的长度方向上，脉冲激光束的光斑间隔距离为0.15mm至0.45mm，并且
其中，在电极的宽度方向上，脉冲激光束的光斑间隔距离为0.15mm至0.35mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成电极活性材料层包括：将所述电极活性材料层设置在所述底漆层上，和通过除去所述电极活性材料层的一个区域来暴露所述底漆层的一个区域。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述形成电极活性材料层包括以暴露所述底漆层的一个区域的方式将所述电极活性材料层设置在所述底漆层上。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊接所述电极片和所述集电层包括：通过照射所述脉冲激光束除去与所述电极片接触的所述底漆层，和焊接所述电极片和所述集电层。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲激光束通过聚焦在所述集电层上来发射。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述底漆层的厚度为1μm至10μm。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述集电层的厚度为5μm至30μm。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘层的厚度为5μm至30μm。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电极片的厚度为80μm至500μm。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电极活性材料层的厚度为20μm至150μm。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电极堆还包括在所述集电层和所述绝缘层之间的粘合层。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述粘合层的厚度为1μm至5μm。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲激光束的光斑尺寸为50μm至150μm。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲激光束的波长为400nm至1,200nm。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述焊接电极片的方法是焊接用于电缆型可充电电池的电极片的方法。
16.一种电缆型可充电电池，包括：
在其外表面上具有隔层的内部电极；和
成螺旋形地设置在所述隔层的外表面上的外部电极，
其中，所述外部电极和所述内部电极中的至少一个是根据权利要求1所述的焊接电极片的方法焊接的电极。
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