CN112470305A - 二次电池的活性材料涂布方法和涂布设备 - Google Patents

二次电池的活性材料涂布方法和涂布设备 Download PDF

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Abstract

根据本公开内容一个实施方式的涂布二次电池的活性材料的方法是在二次电池的电极集流体上涂布活性材料的方法，该方法包括以下步骤：以电极集流体的移动方向为基准在电极集流体的左侧和右侧的每一侧上设置引导构件，和将活性材料涂布到两个引导构件之间的电极集流体上。

Description

二次电池的活性材料涂布方法和涂布设备
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年1月22日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0008260号的权益，通过引用将上述专利申请的整个公开内容结合在此。
本公开内容涉及一种涂布二次电池的活性材料的方法和设备，更具体地，涉及一种在电极集流体的双面涂布期间防止涂布边界处的变形的涂布二次电池的活性材料的方法和设备。
背景技术
可通过将由正极板、负极板和隔膜构成的电极组件插入壳体中，然后密封电极组件来形成二次电池。通过以固定厚度将活性材料浆料涂布到正极导电集流体或负极导电集流体上来制造正极板或负极板(下文称为“电极板”)的每一个，并且可通过在两个导电集流体之间插置隔膜，接着以果冻卷或圆柱形状进行多次卷绕来形成电极组件。
电极板可由涂布有活性材料浆料的活性材料涂布部分和未涂布有活性材料浆料的未涂布部分形成。活性材料涂布部分经受碾压，从而具有对于电极集流体增加的粘附性并且增加了活性材料的容量密度。经碾压的电极板可被干燥，然后被预定宽度的切割器切割成预定尺寸，以待之后使用。
图1是示出常规电极集流体的示图。图2是示出在电极集流体的双面涂布期间发生的涂布不平衡的示图。
参照图1，形成有涂布部分15和未涂布部分16，在涂布部分15上设置有通过将活性材料涂布到电极集流体10上而形成的活性材料层20，在未涂布部分16中，活性材料未涂布到电极集流体10上。然而，因涂布活性材料的过程中的表面张力而产生了涂布载荷水平的差异，引起了活性材料层20的厚度不均匀的问题。换句话说，活性材料层20的与未涂布部分16和涂布部分15之间的边界对应的端部没有垂直地形成，而是以液滴形状形成，因而活性材料层20总体上会具有高度差。该高度差在碾压工序中可得以减轻，但是在下文描述的电极集流体的双面涂布过程中可存在问题。
参照图2，由于发生碾压时的表面张力，形成在电极集流体10的一个表面上的第一活性材料层20a和形成在另一个表面上的第二活性材料层20b的涂布宽度稍微改变。因此，在各活性材料层距电极集流体10的一个侧端的距离方面会形成差距(gap)。该差距会在后续层压工序中使不同极性的活性材料彼此接触而增加起火的风险。
发明内容
技术问题
本公开内容的目的是提供一种防止在电极集流体的双面涂布期间可能发生的涂布不平衡的涂布二次电池的活性材料的方法和设备。
然而，本公开内容的实施方式要解决的问题不限于上述问题，可在本公开内容中包括的技术构思的范围内进行各种扩展。
技术方案
根据本公开内容一个实施方式，提供了一种将活性材料涂布到二次电池的电极集流体上的涂布二次电池的活性材料的方法，所述方法包括以下步骤：以所述电极集流体的移动方向为基准在所述电极集流体的左侧和右侧的每一侧上设置引导构件，和将所述活性材料涂布到两个所述引导构件之间的所述电极集流体上。
通过沿第一旋转方向旋转的第一辊，所述电极集流体的所述移动方向可沿直线方向移动。
所述涂布二次电池的活性材料的方法进一步包括：通过沿着第二旋转方向旋转的第二辊旋转和移动所述引导构件的步骤，所述第二旋转方向是与所述第一旋转方向相反的方向，其中所述第二辊可通过分别位于所述引导构件的两端的辊使所述引导构件在原地旋转。
所述涂布二次电池的活性材料的方法可进一步包括：在所述引导构件旋转的同时，通过设置在所述引导构件中的清洁器抽吸所述引导构件上的残留活性材料的步骤。
随着所述电极集流体和所述引导构件的移动以及所述清洁器的抽吸，被去除了残留活性材料的所述引导构件可重新设置在其中不涂布所述活性材料的区域中。
所述引导构件的两个侧表面之中的与涂布部分形成边界的一个侧表面可垂直于所述电极集流体的上表面。
可通过使用上述涂布方法给所述电极集流体的一个表面涂布活性材料，并且可以以与给所述电极集流体的所述一个表面涂布活性材料的方法相同的方式涂布所述电极集流体的另一个表面。
在将所述活性材料涂布到所述电极集流体上的步骤之后，所述涂布二次电池的活性材料的方法可进一步包括：从所述电极集流体去除所述引导构件的步骤；和碾压所述电极集流体的步骤。
所述引导构件可由橡胶带和基于布的带之一形成。
设置所述引导构件的区域可对应于未涂布部分。
根据本公开内容另一个实施方式，提供了一种涂布二次电池的活性材料的设备，所述设备包括：用于移动电极集流体的第一辊、与所述电极集流体的未涂布部分对应设置的引导构件、分别位于所述引导构件的两端以使所述引导构件在原地旋转的第二辊、和用于将所述活性材料涂布到所述电极集流体的涂布部分上的涂布机，其中所述第一辊的旋转方向和所述第二辊的旋转方向彼此相反。
所述涂布二次电池的活性材料的设备进一步包括设置在所述引导构件中的清洁器，其中所述清洁器可抽吸所述引导构件上的残留活性材料。
所述引导构件的两个侧表面之中的与所述涂布部分形成边界的一个侧表面可垂直于所述电极集流体的上表面。
所述引导构件可由橡胶带和基于布的带之一形成。
有益效果
根据各实施方式，通过在涂布工序期间在电极集流体上设置引导构件，可防止在电极集流体的双面涂布期间的涂布不平衡。
此外，由于在引导构件旋转的同时进行清洁，所以可在不用更换引导构件的情况下连续地执行涂布。
附图说明
图1是示出常规电极集流体的示图。
图2是示出在电极集流体的双面涂布期间发生的涂布不平衡的示图。
图3至图8是示出根据本公开内容一个实施方式的涂布二次电池的活性材料的方法的示图。
图9是示出根据本公开内容另一个实施方式的涂布二次电池的活性材料的设备的示图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细地描述本公开内容的各实施方式，使得本领域技术人员能够容易地实现它们。本公开内容可以以各种不同的方式修改，不限于在阐述的实施方式。
将省略与描述无关的部分，以清楚地描述本公开内容，并且在整个申请中相同的参考标号表示相同的元件。
此外，在附图中，为了便于描述，任意地示出了每个元件的尺寸和厚度，本公开内容不必受限于附图中所示出的那些。在附图中，为了清楚起见，放大了层、区域等的厚度。在附图中，为了便于描述，一些层和区域的厚度被放大。
此外，在整个本申请中，当一部分被称为“包括”某一部件时，其是指可以进一步包括其他部件，而不排除其他部件，除非另有说明。
图3至图8是示出根据本公开内容一个实施方式的涂布二次电池的活性材料的方法的示图。
参照图3，根据本公开内容一个实施方式的涂布二次电池的活性材料的方法是在二次电池的电极集流体上涂布活性材料的方法，该方法包括以电极集流体100的移动方向为基准在电极集流体100的左侧和右侧的每一侧上设置引导构件50的步骤。通过第一辊150的旋转，电极集流体100可沿直线方向移动。电极集流体100没有特别限制，只要其具有高导电性而不在根据本实施方式的二次电池的电极中引起化学变化即可。可在电极集流体100的表面上形成细微凹凸，以增加活性材料的结合力，并且电极集流体100可具有各种形状，诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺布。
引导构件50可由橡胶带和基于布的带之一形成。引导构件50使得电极集流体100的涂布部分在后续工序中的涂布活性材料的工序中被均匀地涂布。
图4示出了其中在涂布活性材料之前，将引导构件50设置在电极集流体100的两侧上的状态。参照图4，引导构件50的两个侧表面之中的与涂布部分形成边界的一个侧表面50s可垂直于电极集流体100的上表面。换句话说，两个引导构件50定位成彼此间隔开，并且在下文描述的工序中活性材料可涂布在两个引导构件50之间。此时，引导构件50的与涂布有活性材料的涂布部分150形成边界的侧表面是指引导构件50的暴露于涂布部分150一侧的侧表面。
参照图5，将电极浆料涂布在彼此间隔开的两个引导构件50之间，以形成活性材料层200。电极浆料可包括活性材料、导电材料和粘合剂的混合物。在这种情况下，参照图1和图5，随着第一辊150沿第一旋转方向旋转，在电极集流体100沿图1中箭头的方向直线移动的同时可将电极浆料涂布到涂布部分150上。换句话说，可沿与图1中的箭头相反的方向将电极浆料连续涂布到电极集流体100上。
参照图6，当形成了活性材料层200然后进行了干燥时，可去除引导构件50。在去除引导构件50之后，可经过碾压工序来形成二次电池的电极。
图7是示出包括清洁器的涂布二次电池的活性材料的设备的示图。图8是沿图7的切割线X-Y截取的剖面图。
参照图7和图8，在包括了图3至图6中示出的大部分实施方式的同时，可进一步包括以下内容。
根据本实施方式的涂布二次电池的活性材料的方法可进一步包括：通过沿着第二旋转方向旋转的第二辊250来旋转和移动引导构件50的步骤，第二旋转方向是与图3中示出的第一辊150的第一旋转方向相反的方向。在这种情况下，第二辊250可通过分别位于引导构件50的两端的辊使引导构件50在原地旋转。在此，引导构件50的两端是指引导构件50的沿着电极集流体100的移动方向彼此间隔开的两端。
此外，根据本实施方式，所述方法可进一步包括：在引导构件50旋转的同时，设置在引导构件50中的清洁器300抽吸引导构件50上的残留活性材料的步骤。随着电极集流体100和引导构件50的移动以及清洁器300的抽吸，被去除了残留活性材料的引导构件50可重新设置在其中不涂布活性材料的未涂布部分的区域中。换句话说，当在设置引导构件50的状态下通过使用稍后描述的图9中所示的活性材料涂布机400在两个引导构件50之间涂布活性材料时，活性材料的一部分也会残留在引导构件50上。当通过清洁器300抽吸这种残留活性材料并且引导构件50通过旋转移动而重新设置在电极集流体100上时，引导构件50可在不用更换的情况下连续地使用，因此可以提高处理效率。
参照图8，如果第二辊250沿第二旋转方向的旋转速度与图3中的第一辊150沿第一旋转方向的旋转速度一致，则即使电极集流体100沿着图8中的箭头的方向直线移动，引导构件50也可在原地旋转。
可通过使用上述涂布方法给电极集流体100的一个表面涂布活性材料，然后也可以以与上述涂布方法相同的方式涂布电极集流体100的另一个表面。在这种情况下，引导构件50用于明确出涂布区域并且减小根据由表面张力产生的端部形状而在电极集流体100的两侧表面产生的变形的差异，由此可降低起火的风险。特别是，当不存在如本实施方式中那样的引导构件时，涂布的端部会由于各种原因而变形。根据本实施方式，引导构件50可减小由于表面张力而引起的误差，并且将电极集流体100的上表面和下表面的两步涂布中的差异最小化。
图9是示出根据本公开内容另一个实施方式的涂布二次电池的活性材料的设备的示图。
根据本实施方式的涂布二次电池的活性材料的设备可以是执行如上所述的涂布二次电池的活性材料的方法的示例性设备。参照上述图3至图8以及图9，根据本实施方式的涂布二次电池的活性材料的设备包括：用于移动电极集流体100的第一辊150；与电极集流体100的未涂布部分160对应设置的引导构件50；分别位于引导构件50的两端以使引导构件50在原地旋转的第二辊250；和用于将活性材料涂布到电极集流体100的涂布部分150上的涂布机400。在这种情况下，第一辊150的旋转方向和第二辊250的旋转方向彼此相反。涂布机400可设置有涂布注射口410，涂布注射口410用于将活性材料注射到电极集流体100上。
根据本实施方式的涂布设备进一步包括设置在引导构件50中的清洁器300，其中清洁器300可抽吸引导构件50上的残留活性材料。引导构件50的两个侧表面之中的与涂布部分150形成边界的一个侧表面可垂直于电极集流体100的上表面。
尽管上面已经详细描述了本公开内容的优选实施方式，但是本公开内容的范围不限于此，并且使用由以下权利要求限定的本公开内容的基本构思的本领域技术人员的各种修改和改进也属于权利的范围。

Claims (14)

1.一种将活性材料涂布到二次电池的电极集流体上的涂布二次电池的活性材料的方法，所述方法包括以下步骤：
以所述电极集流体的移动方向为基准在所述电极集流体的左侧和右侧的每一侧上设置引导构件，和
将所述活性材料涂布到两个所述引导构件之间的所述电极集流体上。
2.根据权利要求1所述的涂布二次电池的活性材料的方法，其中通过沿第一旋转方向旋转的第一辊，所述电极集流体的所述移动方向沿直线方向移动。
3.根据权利要求2所述的涂布二次电池的活性材料的方法，其中所述方法进一步包括：通过沿着第二旋转方向旋转的第二辊旋转和移动所述引导构件的步骤，所述第二旋转方向是与所述第一旋转方向相反的方向，并且
其中所述第二辊通过分别位于所述引导构件的两端的辊使所述引导构件在原地旋转。
4.根据权利要求3所述的涂布二次电池的活性材料的方法，其中所述方法进一步包括：在所述引导构件旋转的同时，通过设置在所述引导构件中的清洁器抽吸所述引导构件上的残留活性材料的步骤。
5.根据权利要求4所述的涂布二次电池的活性材料的方法，其中随着所述电极集流体和所述引导构件的移动以及所述清洁器的抽吸，被去除了残留活性材料的所述引导构件重新设置在其中不涂布所述活性材料的区域中。
6.根据权利要求1所述的涂布二次电池的活性材料的方法，其中所述引导构件的两个侧表面之中的与涂布部分形成边界的一个侧表面垂直于所述电极集流体的上表面。
7.根据权利要求1所述的涂布二次电池的活性材料的方法，其中通过使用权利要求1所述的涂布方法给所述电极集流体的一个表面涂布活性材料，并且以与给所述电极集流体的所述一个表面涂布活性材料的方法相同的方式涂布所述电极集流体的另一个表面。
8.根据权利要求1所述的涂布二次电池的活性材料的方法，其中在将所述活性材料涂布到所述电极集流体上的步骤之后，所述方法进一步包括：
从所述电极集流体去除所述引导构件的步骤；和
碾压所述电极集流体的步骤。
9.根据权利要求1所述的涂布二次电池的活性材料的方法，其中所述引导构件由橡胶带和基于布的带之一形成。
10.根据权利要求1所述的涂布二次电池的活性材料的方法，其中设置所述引导构件的区域对应于未涂布部分。
11.一种涂布二次电池的活性材料的设备，所述设备包括：
用于移动电极集流体的第一辊，
与所述电极集流体的未涂布部分对应设置的引导构件，
分别位于所述引导构件的两端以使所述引导构件在原地旋转的第二辊，和
用于将活性材料涂布到所述电极集流体的涂布部分上的涂布机，
其中所述第一辊的旋转方向和所述第二辊的旋转方向彼此相反。
12.根据权利要求11所述的涂布二次电池的活性材料的设备，进一步包括设置在所述引导构件中的清洁器，
其中所述清洁器抽吸所述引导构件上的残留活性材料。
13.根据权利要求11所述的涂布二次电池的活性材料的设备，其中所述引导构件的两个侧表面之中的与所述涂布部分形成边界的一个侧表面垂直于所述电极集流体的上表面。
14.根据权利要求11所述的涂布二次电池的活性材料的设备，所述引导构件由橡胶带和基于布的带之一形成。
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