CN112236886A - 锂电极制造装置和制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锂电极的制造装置和制造方法，并且更具体地，本发明提供一种锂电极的制造装置，其包含切割台、激光照射部和锂金属膜供给部，其中在所述切割台的上表面上形成有多个吸附孔和多个单元电极图案凹槽。根据本发明的制造装置，不仅锂电极的切割品质是优异的，而且毛刺的出现也受到抑制，从而使得能够制造精确的锂电极。

Description

锂电极制造装置和制造方法

技术领域

本申请要求于2018年12月7日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0156543号和于2019年12月6日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0161907号的权益，这些韩国专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文中。

本发明涉及锂电极制造装置和制造方法。

背景技术

随着电气、电子、通信和计算机行业的快速发展，近来对具有高性能和高稳定性的二次电池的需求迅速增长。特别是，根据电池和电子产品的轻量化、薄型化、小型化和便携性的趋势，还需要作为核心部分的二次电池的轻量化和小型化。此外，由于因环境污染问题和石油枯竭而已经出现了对新型能量供应源的需求，因此对开发能够解决这样的需求的电动车辆的需求已经日益增长。在二次电池中，轻质、表现出高能量密度和工作电位并且具有长循环寿命的锂二次电池近来备受关注。

锂二次电池具有其中包含正极、负极和置于正极与负极之间的隔膜的电极组件被层压或卷绕的结构，并且锂二次电池是通过将该电极组件嵌入电池壳中并且将非水电解液注入其内部而构成的。在这种情况下，锂二次电池的容量根据电极活性材料的类型而不同并且在实际驱动时的容量不能通过多达理论容量的充分的容量来确保，并且因此这样的电池尚未被商业化。

为了获得具有高容量的锂二次电池，使用通过与锂发生合金化反应而具有高储存容量特性的金属材料，如硅(4200mAh/g)和锡(990mAh/g)作为负极活性材料。然而，当使用诸如硅和锡的金属作为负极活性材料时，体积在与锂进行合金化的充电过程中膨胀到约4倍，并且在放电过程中收缩。由于在充电/放电过程中反复发生的电极的大体积变化，因此活性材料逐渐粉化并且从电极上脱落，并且因此容量迅速降低，从而使得难以确保稳定性和可靠性并且因此导致商业化失败。

由于与上述负极活性材料相比，锂金属具有3860mAh/g的优异的理论容量和-3.045V的低氧化/还原电位(相对于标准氢电极(SHE))，由此使得能够实现具有高容量和高能量密度的电池，因此对使用锂金属作为锂二次电池用负极活性材料的锂金属电池(LMB)进行了许多研究。

然而，存在以下问题：锂作为碱金属具有高反应性，并且与其它金属相比，具有低熔点和高延展性，从而使得在一般环境下难以进行电极制造工序。

因此，为了解决上述问题，已经提出了与使用锂金属制造电极有关的各种技术。

例如，韩国专利公布第2008-0101725号公开了一种通过使用光纤脉冲激光器切割在金属箔上涂有包含活性材料的涂层的电极的工序而制造锂二次电池用电极的方法。

此外，韩国专利公布第2018-0104389号公开了一种二次电池用电极的制造方法，其使用模具或切割器压制和切割涂有电极活性材料的电极片。

然而，这些现有技术文献涉及的是在电极集电器上涂有电极活性材料的电极，而不适用于使用锂金属的电极制造。此外，这些现有技术还具有以下缺点：在其中需要轻、薄、短和小的二次电池的当前的产业趋势中，很难以期望的水平制造精确的电极。因此，需要进一步开发通过简单而有效的工序制造锂电极的技术。

[现有技术文献]

[专利文献]

韩国专利公布第2008-0101725号(2008年11月21日)，Process for PreparingElectrode of Lithium Secondary Battery Using Fiber Pulse Type Laser(使用光纤脉冲式激光器制造锂二次电池的电极的方法)。

韩国专利公布第2018-0104389号(2018年9月21日)，Preparation method ofelectrode for a secondary battery and electrode by the same(二次电池用电极的制造方法和由其制造的二次电池用电极)。

发明内容

【技术问题】

因此，本发明的发明人已经进行了各种研究来解决上述问题，并且由此确认了当在使用激光的锂电极制造装置中使用特定类型的切割台时，可以改善电极的制造加工性，并且由此完成了本发明。

因此，本发明的一个目的在于提供一种在电极的切割品质和加工性方面优异的锂电极的制造装置和制造方法。

此外，本发明的另一个目的在于提供一种通过所述制造装置和制造方法制造的锂电极。

此外，本发明的又一个目的在于提供一种锂二次电池，其包含所述锂电极。

【技术方案】

为了实现上述目的，本发明提供一种锂电极的制造装置，其包含切割台、激光照射部和锂金属膜供给部，其中在所述切割台的上表面上形成有多个吸附孔和多个单元电极图案凹槽。

所述吸附孔可以在相对于所述单元电极图案凹槽中的一者的面积为0.1％至5％的面积中形成。

所述吸附孔的数量可以相对于每一个所述单元电极图案凹槽为6个至24个。

所述多个单元电极图案凹槽可以以与相邻的单元电极图案凹槽相隔1000μm至5000μm的间隔形成。

在所述单元电极图案凹槽之间的间隔处可以进一步形成有至少一个吸附孔。

所述切割台可以包含多个吸附孔，所述多个吸附孔形成在距所述单元电极图案凹槽的边缘1000μm至5000μm的距离处，并且所述多个吸附孔各自可以彼此相隔5000μm至10000μm的间隔形成。

所述吸附孔可以在宽度方向上与所述单元电极图案凹槽的左端或右端间隔开预定的距离，其中所述吸附孔最靠近所述单元电极图案凹槽的左端或右端的宽度方向最小间距(Dw_最小)可以为所述单元电极图案凹槽的宽度方向长度的5％至30％。

所述吸附孔可以在长度方向上与所述单元电极图案凹槽的上端或下端间隔开预定的距离，其中所述吸附孔最靠近所述单元电极图案凹槽的上端或下端的长度方向最小间距(Dl_最小)可以为所述单元电极图案凹槽的长度方向长度的5％至30％。

所述吸附孔的横截面可以具有选自由圆形、椭圆形、多边形、线性、波浪形和锯齿形构成的组中的至少一种形状。

所述切割台可以还包含空气流导管，所述空气流导管与所述切割台中的多个吸附孔连通并且用于在水平方向上形成空气流。

所述切割台可以还包含吸气装置，所述吸气装置与所述切割台中的空气流导管连接。

所述锂金属膜供给部可以包含在锂金属膜被卷绕的状态下为了单元电极的切割而释放锂金属膜的卷绕辊和在单元电极被切割后的状态下卷绕锂金属膜的卷绕辊。

所述锂电极制造装置可以用于切割具有30μm至150μm的厚度的锂金属膜。

此外，本发明提供一种通过使用所述设备制造多个单元电极而制造锂电极的方法，所述方法包含以下步骤：将锂金属膜供给到切割台上，以及将激光照射到所述锂金属膜的一个表面上并且将它切割成单元电极，其中所述切割台的上表面可以包含以规则间隔布置的多个单元电极图案凹槽和形成在所述单元电极图案凹槽的内部区域中的吸附孔。

此外，本发明提供一种通过所述设备和方法制造的锂电极。

此外，本发明提供一种锂二次电池，其包含所述锂电极。

【有益效果】

通过引入特定类型的切割台，根据本发明的锂电极的制造装置可以对锂金属具有改善的吸附力，并且因此不仅可以具有优异的电极切割品质，而且还可以形成将毛刺的出现减到最低限度的精确的锂电极。此外，根据本发明，可以容易地制造大量的锂电极以实现批量生产。

附图说明

图1是示出根据本发明的一个实施方式的锂电极制造装置的横截面图。

图2是设置在根据本发明的一个实施方式的锂电极制造装置中的切割台的正面照片。

图3是用于说明根据本发明的一个实施方式的单元电极图案凹槽的形状的示意图。

图4是根据本发明的实验例1的比较例1的横截面照片。

图5是根据本发明的实验例1的实施例1的横截面照片。

图6是通过本发明的实施例1和比较例2制备的锂电极的目视观测照片((a)：比较例2，(b)：实施例1)。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细地描述本发明的优选的实施方式。在描述本发明之前，如果确定相关的已知功能和构造的详细描述可能会不必要地使本发明的主题含糊不清，那么将省略其描述。

以下描述和附图说明了特定的实施方式以使得本领域技术人员能够容易地实现所描述的设备和方法。其它实施方式可以包含其它结构和逻辑变化。除非明确要求，否则一般可以选择单个部件和功能，并且工序的顺序可以改变。一些实施方式的部分和特征可以被包含在其它实施方式中或被其它实施方式代替。

本说明书和权利要求书中所用的术语和词语不应当被解释为限于普通术语或词典术语，而应当基于本发明人可以适当地定义术语的概念而以可能的最佳方式描述其发明的原则，解释为与本发明的技术构思相符的意义和概念。

本文所用的术语仅用于描述特定的实施方式而不是为了限制本发明。除非上下文另外明确规定，否则单数形式“一个/种(a/an)”和“所述”包含复数指代对象。应当了解的是，本说明书中所用的术语“包含”或“具有”等意在指定所述的特征、数字、步骤、操作、部件、部分或其组合的存在，但是不排除存在或添加一个以上其它特征、数字、步骤、操作、部件、部分或其组合的可能性。

为了方便本发明中的描述，在下文中，当定义方向时，“垂直方向”是指与锂金属膜的行进方向垂直的方向，并且“水平方向”是指与锂金属膜的行进方向平行的方向。

由于用作负极活性材料的锂金属具有高能量密度(3860mAh/g)以及低氧化/还原电位(相对于标准氢电极为-3.045V)和低原子量(6.94g/a.u.)，因此锂金属电池可以被小型化和轻量化，同时还确保高容量和高能量密度，并且因此作为下一代电池而受到关注。

一般，包含锂金属电池的锂二次电池是通过形成正极和负极并且将隔膜置于正极和负极之间以制成电极组件，然后将电极组件安装在电池壳内并且将电解质注入到电极组件中而制造的。在这种情况下，根据电池壳的尺寸和形状以及所使用的领域所需的容量，以各种尺寸制造电极组件。为了这个目的，将构成电极组件的电极切割成预定尺寸的工序是必要的。

然而，如上文所述，由于锂金属不仅具有高化学反应性，而且还具有高延展性，例如锂金属与水发生爆炸性反应并且容易与大气中的氧气反应，因此用于切割电极的工序条件不仅困难，而且还难以确保所制造的电极的稳定品质。

因此，在现有技术中，使用诸如改变激光的类型或切割器的形状的方法，但是在应用于含有锂金属的锂电极方面存在局限性。

因此，本发明提供一种锂电极的制造装置和制造方法，其在由锂金属制造多个单元电极时通过引入特定类型的切割台而能够制造具有优异品质的锂电极。

图1是示意性地示出根据本发明的一个实施方式的锂电极制造装置的图。

参照图1，根据本发明的一个实施方式的锂电极的制造装置100包含切割台10、激光照射部20和锂金属膜供给部30，其中在切割台10的上表面上形成有多个吸附孔12和多个单元电极图案凹槽14。

特别是，在本发明中，切割台10包含以规则间隔布置在上表面上的多个单元电极图案凹槽14和形成在单元电极图案凹槽14的内部区域中的吸附孔12。切割台10被设置在电极材料的行进表面的一侧上，在平面图中是矩形的，并且具有预定的厚度。切割台10由金属材料制成。

图2是设置在根据本发明的一个实施方式的锂电极制造装置中的切割台的正面照片。参照图2，根据本发明的切割台10包含多个单元电极图案凹槽14，所述多个单元电极图案凹槽14具有对应于单元电极的形状的狭缝形状以将作为电极材料的锂金属膜切割成单元电极的形状。特别是，在本发明的切割台中，单元电极图案凹槽以规则的间隔布置以将由于在通过后述的激光进行的切割工序中产生的反射而导致的电极材料的损伤减到最低限度。

因此，多个单元电极图案凹槽14可以以距相邻的单元电极图案凹槽1000μm至5000μm，优选2000μm至4000μm的距离布置。当在切割台上形成的单元电极图案凹槽之间的距离小于上述范围时，在相邻的单元电极中可能会发生损伤。相反，当所述距离在上述范围之外时，可能会增加电极材料的不必要的消耗，从而导致生产率降低的问题。

此外，如图2中所示，本发明的切割台包含在单元电极图案凹槽的内部区域中形成的吸附孔12。一般，由于在使用激光进行切割工序时激光沿切割对象的垂直方向照射，因此将切割对象固定在切割台上对于改善切割品质是有效的。因此，在本发明中，吸附孔用于通过将锂金属膜固定在切割台上来提高切割效率。

此外，参照图1，切割台20包含在切割台的垂直方向上贯穿的吸附孔12。通过经由吸附孔12吸附被设置在切割台10上的锂金属膜，将作为电极材料的锂金属膜固定在切割台上以在切割工序的进行期间将作为切割对象的锂金属膜的高差减到最低限度，从而精确地对它进行切割并且由此将在切割表面上产生的毛刺减到最低限度。

在这种情况下，为了进行吸附，切割台10可以还包含空气流导管16，所述空气流导管16与切割台10中的多个吸附孔12连通并且用于在水平方向上形成空气流。特别是，在本发明的一个实施方式中，这是优选的，这是因为通过在吸附期间在水平方向上形成空气流，间接地进行吸附以将具有柔软性能的锂金属膜的损伤减到最低限度。

此外，切割台10可以还包含吸气装置18，所述吸气装置18与切割台10中的空气流导管16连接以引起上述空气流。在这种情况下，吸气装置18不受特别限制，并且可以应用本领域通常使用的方法。例如，可以使用真空装置。

吸附孔12形成在单元电极图案凹槽14的内部区域中，其中相对于单元电极图案凹槽中的一者的面积，所述吸附孔的形成面积可以为0.1％至5％，优选为0.5％至1％。当吸附孔的形成面积小于上述范围时，吸附力不足以平衡地固定切割对象，这在激光照射期间可能会造成损伤。另一方面，当吸附孔的形成面积超过上述范围时，单元电极的形状可能会改变，从而使电池性能劣化。

此外，在单元电极图案凹槽的内部区域中形成的吸附孔的数量可以相对于每一个单元电极图案凹槽为6个至24个，优选为10个至20个。

此外，吸附孔的横截面可以具有选自由圆形、椭圆形、多边形、线性、波浪形和锯齿形构成的组中的至少一种形状。

在单元电极图案凹槽的内部区域中形成的吸附孔的位置以及上述吸附孔的形成面积、数量和横截面可以如图3中所示来描述。

图3是用于说明根据本发明的一个实施方式的单元电极图案凹槽14的形状，即在单元电极图案凹槽14的内部区域中形成的吸附孔12的位置的示意图。

吸附孔12可以以距单元电极图案凹槽14的边缘1000μm至5000μm的间距形成，并且吸附孔12各自可以以彼此相距5000μm至10000μm的距离形成。

具体地，吸附孔12可以与作为单元电极图案凹槽14的外周表面的边缘间隔开预定的距离。这样的间隔布置可以被设置在单元电极图案凹槽14的左侧、右侧、上侧和下侧中的一个以上的位置处，并且通过在切割台上吸附孔12的这种间隔布置，可以改善对作为电极材料的锂金属膜的保持力。

参照图3，单元电极图案凹槽14的宽度方向长度被称为W，并且长度方向长度被称为L。

在这种情况下，吸附孔12在宽度方向上与单元电极图案凹槽14的左侧端部或右侧端部间隔开预定的距离。当吸附孔的宽度方向间距分别为Dw₁、Dw₂、Dw₃、Dw₄、Dw₅和Dw₆时，它们当中的最小值，即吸附孔最靠近单元电极图案凹槽的左侧端部或右侧端部的宽度方向最小间距(Dw_最小)可以为单元电极图案凹槽的宽度方向长度(W)的5％至30％，优选10％至20％。

同样，吸附孔12在长度方向上与单元电极图案凹槽14的上侧端部或下侧端部间隔开预定的距离。当吸附孔的长度方向间距为Dl₁、Dl₂、Dl₃和Dl₄时，它们当中的最小值，即吸附孔最靠近单元电极图案凹槽的上侧端部或下侧端部的长度方向最小间距(Dl_最小)可以为单元电极图案凹槽的长度方向长度(L)的5％至30％，优选10％至20％。

上文定义的吸附孔的宽度方向最小间距(Dw_最小)或长度方向最小间距(Dl_最小)优选在上述范围内以使得在切割台上对作为电极材料的锂金属膜的吸附可以充分发生。当吸附孔的宽度方向最小间距(Dw_最小)或长度方向最小间距(Dl_最小)小于上述范围时，存在由于吸附孔之间的干扰而无法维持切割对象的平衡状态的问题。相反，当宽度方向最小间距(Dw_最小)或长度方向最小间距(Dl_最小)超过上述范围时，存在对切割对象的保持力降低并且无法确保平衡状态的问题。

此外，在单元电极图案凹槽14之间可以进一步形成有至少一个吸附孔12。

激光照射部20被构造成输出激光，并且包含用于将激光照射到锂金属膜的整个表面上的装置。

所述激光不受特别限制，并且可以为本领域通常使用的激光。例如，所述激光可以为具有紫外(UV)波长至红外(IR)波长的激光。这是因为当使用在所述波长范围内的激光时可以将对锂金属的损伤减到最低限度。

所述激光器可以优选选自紫外激光器、盘形激光器、Nd-Yag激光器和光纤激光器，其中盘形激光器和光纤激光器是更优选的。

可能有必要考虑激光的光斑尺寸、速度、功率等，其可以根据切割对象而变化。例如，激光的光斑尺寸可以为0μm至100μm，速度可以为10mm/s至500mm/s，并且输出功率可以为10W至200W。

锂金属膜供给部30具有用于向切割台10供给锂金属膜的构造，并且可以包含在锂金属膜被卷绕的状态下为了单元电极的切割而释放锂金属膜的卷绕辊和在单元电极被切割后的状态下卷绕锂金属膜的卷绕辊。

所述锂金属膜供给部30可以包含具有30μm至150μm的厚度的锂金属膜。

此外，本发明可以提供一种使用上述锂电极制造装置的锂电极的制造方法。

根据本发明的一个实施方式的锂电极的制造方法包含以下步骤：将锂金属膜放置在切割台上，以及将激光照射到锂金属膜的一个表面上并且将其切割成单元电极，其中所述切割台的上表面包含以规则间隔布置的多个单元电极图案凹槽和形成在单元电极图案凹槽的内部区域中的吸附孔。

首先，根据本发明的一个实施方式，包含将锂金属膜放置在切割台上的步骤。

所述锂金属膜是电极材料，并且可以以箔或片的形式使用。

由于以往的锂二次电池用电极是通过将电极活性材料施涂在诸如铝或铜的集电器上而制成的，因此厚度为200μm至500μm。然而，由于根据本发明的锂电极包含锂金属薄膜，因此在厚度上存在差异。具体地，锂金属膜的厚度可以为30μm至150μm，优选为45μm至100μm。当锂金属膜的厚度小于上述范围时，电池的性能和寿命可能会降低。相反，当锂金属膜的厚度超过上述范围时，锂电极可能会变厚并且可能不利于商业化。

随后，包含将激光照射到锂金属膜的一个表面上并且将其切割成单元电极的步骤。

此时，激光照射条件应当考虑要切割的锂电极的吸收率和切割台的反射率。

此外，如上文所述，用于激光照射的切割台包含以规则间隔布置在上表面上的多个单元电极图案凹槽和形成在单元电极图案凹槽的内部区域中的吸附孔以使得能够精确地切割锂金属膜，从而能够在一个切割工序中同时制造多个单元电极。

通过上述制造装置和制造方法制造的锂电极不仅可以具有优异的切割品质，而且还可以将毛刺的出现减到最低限度。此外，可以仅在一个切割工序中制造多个具有所期望的尺寸的电极，从而在批量生产过程中以最佳的工序条件进行。此外，包含根据本发明的锂电极的锂二次电池具有优异的性能和寿命特性。

此外，本发明提供一种锂二次电池，其包含由上述制造装置和制造方法制造的锂电极。

所述锂二次电池包含正极、负极和置于所述正极与所述负极之间的电解质，其中所述负极包含根据本发明的锂电极。

所述正极可以包含正极集电器和涂布在所述正极集电器的一面或两面上的正极活性材料。

所述正极集电器负载正极活性材料并且不受特别限制，只要其具有高导电性而不会引起电池中的化学变化即可。例如，可以使用铜、不锈钢、铝、镍、钛、钯、烧结碳；用碳、镍、银等进行了表面处理的铜或不锈钢；铝镉合金等作为正极集电器。

正极集电器可以通过在其表面上具有微细的凹凸来增强与正极活性材料的粘结力，并且可以以各种形式形成，如膜、片、箔、网眼、网、多孔体、泡沫体或无纺布。

正极活性材料可以包含正极活性材料以及任选的导电材料和粘结剂。

正极活性材料可以包含但不限于层状化合物，如锂钴氧化物(LiCoO₂)和锂镍氧化物(LiNiO₂)，或被一种以上过渡金属取代的化合物；锂锰氧化物，如化学式Li_1+xMn_2-xO₄(0≤x≤0.33)、LiMnO₃、LiMn₂O₃、LiMnO₂；锂铜氧化物(Li₂CuO₂)；钒氧化物，如LiV₃O₈、LiV₃O₄、V₂O₅、Cu₂V₂O₇；由化学式LiNi_1-xM_xO₂(M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga；0.01≤x≤0.3)表示的Ni位点型锂镍氧化物；由化学式LiMn_2-xM_xO₂(M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta；0.01≤x≤0.1)或Li₂Mn₃MO₈(M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；由LiNi_xMn_2-xO₄表示的尖晶石结构的锂锰复合氧化物；LiCoPO₄；LiFePO₄；单质硫(S₈)；硫类化合物，如Li₂S_n(n≥1)、有机硫化合物和碳硫聚合物((C₂S_x)_n：x＝2.5至50，n≥2)等。当正极活性材料为单质硫时，由于单独的硫材料没有导电性，因此它可以与碳材料组合使用。

导电材料是将电解质与正极活性材料进行电连接并且用作电子从集电器移动到正极活性材料的路径的材料，并且不受特别限制，只要它具有多孔性和导电性且不会引起锂二次电池中的化学变化即可。

例如，可以使用具有多孔性的碳类材料作为导电材料。这样的碳类材料可以包含炭黑、石墨、石墨烯、活性炭、碳纤维等。此外，还可以使用金属纤维，如金属网；金属粉末，如铜、银、镍和铝；或有机导电材料，如聚亚苯基衍生物。导电材料可以单独使用或组合使用。

目前作为导电材料销售的产品可以包含乙炔黑系列(来自雪佛龙化工公司(Chevron Chemical Company)或海湾石油公司(Gulf Oil Company)的产品)、科琴黑EC系列(来自艾美克公司(Armak Company)的产品)、Vulcan XC-72(来自卡博特公司(CabotCompany)的产品)和Super P(来自3M公司(MMM)的产品)。例如，可以使用乙炔黑、炭黑、石墨等。

此外，所述正极可以还包含粘结剂。粘结剂增强构成正极的成分之间以及它们与集电器之间的粘附力，并且可以使用本领域已知的任何粘结剂作为粘结剂。

例如，所述粘结剂可以为选自由氟树脂类粘结剂，其包含聚偏二氟乙烯(PVdF)或聚四氟乙烯(PTFE)；橡胶类粘结剂，其包含苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丙烯腈-丁二烯橡胶和苯乙烯-异戊二烯橡胶；纤维素类粘结剂，其包含羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素和再生纤维素；多元醇类粘结剂；聚烯烃类粘结剂，其包含聚乙烯和聚丙烯；聚酰亚胺类粘结剂；聚酯类粘结剂；和硅烷类粘结剂构成的组中的一种、或者其中两种以上的混合物或共聚物。

如上文所述的正极可以通过本领域已知的常规方法来制备。例如，可以通过将溶剂、必要时的粘结剂、导电材料和分散剂在正极活性材料中混合并且搅拌以制备浆料，然后将所述浆料施涂(涂布)到金属材料的集电器上，将其压缩并且干燥来制备正极。

负极为如上文所述的负极。

电解质包含电解质盐并且用于通过这些电解质盐在正极与负极之间引起电化学氧化或还原反应。

所述电解质可以为不与锂金属反应的非水电解液或固体电解质，但是优选为非水电解液，并且包含电解质盐和有机溶剂。

非水电解液中包含的电解质盐可以为锂盐。锂盐可以不受限制地使用，只要其通常用于锂二次电池用电解液即可。例如，所述锂盐可以为LiCl、LiBr、LiI、LiClO₄、LiBF₄、LiB₁₀Cl₁₀、LiPF₆、LiCF₃SO₃、LiCF₃CO₂、LiAsF₆、LiSbF₆、LiAlCl₄、CH₃SO₃Li、(CF₃SO₂)₂NLi、LiN(SO₂F)₂、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂、亚胺锂等。

作为非水电解液中所含的有机溶剂，可以不受限制地使用常规用于锂二次电池用电解液的那些，并且例如，醚、酯、酰胺、链状碳酸酯、环状碳酸酯等可以单独使用或以两种以上的组合使用。在它们当中，代表性地，可以包含醚类化合物。

醚类化合物可以包含非环状醚和环状醚。

例如，非环状醚可以为但不限于选自由二甲醚、乙醚、二丙醚、甲基乙基醚、甲基丙基醚、乙基丙基醚、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、甲氧基乙氧基乙烷、二乙二醇二甲醚、二乙二醇二乙醚、二乙二醇甲基乙基醚、三乙二醇二甲醚、三乙二醇二乙醚、三乙二醇甲基乙基醚、四乙二醇二甲醚、四乙二醇二乙醚、四乙二醇甲基乙基醚、聚乙二醇二甲醚、聚乙二醇二乙醚、聚乙二醇甲基乙基醚构成的组中的至少一种。

例如，环状醚可以为但不限于选自由1,3-二氧戊环、4,5-二甲基-二氧戊环、4,5-二乙基-二氧戊环、4-甲基-1,3-二氧戊环、4-乙基-1,3-二氧戊环、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、2,5-二甲基四氢呋喃、2,5-二甲氧基四氢呋喃、2-乙氧基四氢呋喃、2-甲基-1,3-二氧戊环、2-乙烯基-1,3-二氧戊环、2,2-二甲基-1,3-二氧戊环、2-甲氧基-1,3-二氧戊环、2-乙基-2-甲基-1,3-二氧戊环、四氢吡喃、1,4-二氧杂环己烷、1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、1,4-二甲氧基苯和异山梨醇二甲醚构成的组中的至少一种。

有机溶剂中酯的实例可以包含但不限于选自由乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁内酯、γ-戊内酯、γ-己内酯、σ-戊内酯和ε-己内酯构成的组中的至少一种或其两种以上的混合物。

链状碳酸酯化合物的具体实例可以包含但不限于选自由碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯和碳酸乙丙酯构成的组中的至少一种或其两种以上的混合物。

此外，环状碳酸酯化合物的具体实例可以包含选自由碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸1,2-亚丁酯、碳酸2,3-亚丁酯、碳酸1,2-亚戊酯、碳酸2,3-亚戊酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯和其卤化物构成的组中的至少一种或其两种以上的浆料。这样的卤化物的实例包含但不限于氟代碳酸亚乙酯(FEC)等。

非水电解液的注入可以在电化学装置的制造过程中的适当阶段进行，这取决于制造过程和最终产品的所需物理性能。也就是说，可以在组装电化学装置之前或在组装电化学装置的最终阶段进行这样的注入。

在如上所述的正极与负极之间可以另外放入隔膜。隔膜是具有物理分离本发明的锂二次电池中的两个电极的功能的物理隔膜，并且可以不受特别限制地使用，只要它被用作常规锂二次电池中的隔膜即可。特别是，对电解质中的离子迁移具有低阻力并且对电解液具有优异的浸渗能力的隔膜是优选的。

隔膜可以由多孔基材形成，并且所述多孔基材可以为电化学装置中常规使用的任何多孔基材。例如，可以使用聚烯烃类多孔膜或无纺布作为多孔基材，但是不特别地限于此。

聚烯烃类多孔膜的实例可以包含由聚烯烃类聚合物，如聚乙烯，如高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯；聚丙烯；聚丁烯；和聚戊烯单独或其混合物形成的膜。

除了聚烯烃类无纺布之外，无纺布还可以包含例如由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯的聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚和聚苯硫醚单独或其混合物形成的无纺布。无纺布的结构可以为由长纤维构成的纺粘无纺布或熔喷无纺布。

所述多孔基材的厚度不受特别限制，但是可以为1μm至100μm，优选为5μm至50μm。

多孔基材中存在的孔隙的尺寸和孔隙率也不受特别限制，但是可以分别为0.001μm至50μm和10％至95％。

在根据本发明的锂二次电池的情况下，除了作为一般工序的卷绕工序之外，还可以进行隔膜和电极的层压或堆叠和折叠工序。

锂二次电池的形状不受限制，并且可以为各种形状，如圆筒形状、层压形状和硬币形状。

此外，本发明提供一种电池模块，其包含所述锂二次电池作为单元电池。

所述电池模块可以用作需要高温稳定性、长循环特性、高容量特性等的中型或大型装置的电源。

所述中型或大型装置的实例可以包含但不限于由电动机驱动和移动的电动工具；电动汽车，其包含电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)等；电动摩托车，其包含电动自行车(E-bike)和电动踏板车(E-scooter)；电动高尔夫球车；和蓄电系统。

【本发明的实施例】

在下文中，将描述本发明的优选实施例以促进对本发明的理解。然而，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，以下实施例对于本发明而言是说明性的，并且可以在本发明的范围和主旨内进行各种变化和修改，并且显然，这些变化和修改落入所附权利要求的范围内。

实施例和比较例

[实施例1]

包含了6个单元电极图案，并且各单元电极图案凹槽的内部区域中具有12个具有100μm的直径的圆形吸附孔，并且它们之间的水平方向间距和垂直方向间距分别为5000μm和10000μm。将具有100μm厚度的锂金属放置在切割台上，所述切割台具有分别为单元电极图案凹槽的宽度方向长度和长度方向长度的15％的吸附孔的宽度方向最小间距(Dw_最小)和长度方向最小间距(Dl_最小)。

在通过使用通过使氮气和氩气在相对于切割台的水平方向上以1L/min的速率通过而产生的真空吸附所制备的锂金属的同时，通过在95％的电流量、20kHz的频率和260mm/s的速度的条件下照射激光而制造锂电极。

[比较例1]

除了使用含有不具有吸附孔的单元电极图案的切割台以外，以与实施例1中的方式相同的方式制造锂电极。

[比较例2]

除了在吸附期间氮气和氩气的流动方向变为相对于切割台的垂直方向以外，以与实施例1中的方式相同的方式制造锂电极。

实验例1：锂电极表面的评价

使用粗糙度测量装置、光学显微镜和肉眼检查在实施例和比较例中制备的电极的表面状况。此时所获得的结果示于图4至图6中。

如图4中所示，确认了在比较例1中制备的锂电极难以被切割成所期望的形状，锂电极的后部由于切割台的反射而受到损伤，并且在电极的边缘上以相当大的水平形成毛刺。参照图5，与比较例相比，确认了在实施例1中制备的锂电极不仅具有所期望的形状，而且还几乎没有在后部造成损伤和毛刺。

此外，通过图6确认了在根据实施例1的锂电极的情况下，表面状态是均匀的，而在比较例2的情况下，由于在垂直方向上的吸附而在最终制造的锂金属中发生严重的变形现象。

[标号说明]

100：锂电极的制造装置

10：切割台

12：吸附孔

14：单元电极图案凹槽

16：空气流导管

18：吸气装置

20：激光照射部

30：锂金属膜供给部

50：锂金属膜

Claims (16)

1.一种锂电极的制造装置，其包含切割台、激光照射部和锂金属膜供给部，

其中在所述切割台的上表面上形成有多个吸附孔和多个单元电极图案凹槽。

2.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述吸附孔在相对于所述单元电极图案凹槽中的一者的面积为0.1％至5％的面积中形成。

3.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述吸附孔的数量相对于每一个所述单元电极图案凹槽为6个至24个。

4.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述多个单元电极图案凹槽以与相邻的单元电极图案凹槽相隔1000μm至5000μm的间隔形成。

5.根据权利要求4所述的设备，其中在所述单元电极图案凹槽之间的间隔中进一步形成有至少一个吸附孔。

6.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述切割台包含多个吸附孔，所述多个吸附孔以距所述单元电极图案凹槽的边缘1000μm至5000μm的间距形成，并且所述多个吸附孔各自以彼此相隔5000μm至10000μm的间隔形成。

7.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述吸附孔在宽度方向上与所述单元电极图案凹槽的左端或右端间隔开预定的距离，其中所述吸附孔最靠近所述单元电极图案凹槽的左端或右端的宽度方向最小间距(Dw_最小)为所述单元电极图案凹槽的宽度方向长度的5％至30％。

8.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述吸附孔在长度方向上与所述单元电极图案凹槽的上端或下端间隔开预定的距离，其中所述吸附孔最靠近所述单元电极图案凹槽的上端或下端的长度方向最小间距(Dl_最小)为所述单元电极图案凹槽的长度方向长度的5％至30％。

9.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述吸附孔的横截面具有选自由圆形、椭圆形、多边形、线性、波浪形和锯齿形构成的组中的至少一种形状。

10.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述切割台还包含空气流导管，所述空气流导管与所述切割台中的所述多个吸附孔连通并且用于在水平方向上形成空气流。

11.根据权利要求10所述的制造装置，其中所述切割台还包含吸气装置，所述吸气装置与所述切割台中的所述空气流导管连接。

12.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述锂金属膜供给部包含在锂金属膜被卷绕的状态下为了单元电极的切割而释放所述锂金属膜的卷绕辊和在所述单元电极被切割后的状态下卷绕锂金属膜的卷绕辊。

13.根据权利要求1所述的制造装置，其中所述锂电极的制造装置用于切割具有30μm至150μm的厚度的锂金属膜。

14.一种通过使用根据权利要求1所述的制造装置从锂金属膜制造多个单元电极而制造锂电极的方法，所述方法包含以下步骤：将所述锂金属膜供给到所述切割台上，以及将激光照射到所述锂金属膜的一个表面上并且将其切割成单元电极，

其中所述切割台的上表面包含以规则间隔布置的多个单元电极图案凹槽和形成在所述单元电极图案凹槽的内部区域中的吸附孔。

15.一种锂电极，其是通过根据权利要求14所述的方法而制造的。

16.一种锂二次电池，其包含根据权利要求15所述的锂电极。

Images