CN114375513A - 包括未涂布部分按压部的电极辊压设备和使用该电极辊压设备的电极辊压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种包括用于辊压电极基板的未涂布部分的未涂布部分按压部的电极辊压设备和使用该电极辊压设备的电极辊压方法，因此，可以防止在辊压电极基板的工序中在未涂布部分区域中发生膨胀并提高制造工序效率。
Description
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年5月22日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2020-0061401号和于2021年5月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0063928号的优先权和权益，通过引用将上述专利申请的全部内容结合在此。
本发明涉及一种包括用于辊压电极基板的未涂布部分的未涂布部分按压部的电极辊压设备和使用该电极辊压设备的电极辊压方法。
背景技术
由于技术发展和对移动装置需求的增加，对二次电池的需求也在迅速增加。在二次电池中，锂二次电池被广泛用作各种电子产品以及各种移动装置的能源，因为其能量密度和工作电压高，并且存放和寿命特性优异。
随着二次电池应用领域的拓宽，对更高容量二次电池的需求正在迅速增加。作为增加二次电池的容量的方法，已经对增加电极复合层的负载量的技术进行了研究。然而，当电极复合层的负载量增加时，会导致电极的体积增加。为了减小电极的体积，需要在更高的压力下辊压电极的工序。
图1是示出用于常规电极基板的辊压工序的示意图。参照图1，电极基板10具有电极复合层涂布在由铝箔形成的集电器层的两侧的结构，电极基板10在通过一对辊压辊21和22时被辊压。通过辊压电极基板10的工序，提高了电极复合层的密度，减小了其体积。然而，在以高压辊压电极基板10的工序中，存在着在电极基板10的侧表面部分特别是未涂布部分11上发生膨胀和工序故障率增加的问题。
因此，需要一种即使在增加电极复合层的负载量时也能够最小化电极的体积增加并减少工序故障的技术。
现有技术
专利文献
(专利文献1)韩国专利注册第1765773号
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种包括用于辊压电极基板的未涂布部分的未涂布部分按压部的电极辊压设备和使用该电极辊压设备的电极辊压方法。
技术方案
本发明提供一种用于辊压电极基板的电极辊压设备，所述电极基板包括集电器层和形成在所述集电器层的一面或两面上的电极复合层。在一实施例中，根据本发明的电极辊压设备包括：未涂布部分按压部，用于按压所述电极基板的未涂布部分区域以形成图案；和电极辊压部，用于辊压所述电极基板。
在一实施例中，所述未涂布部分按压部包括一对未涂布部分辊压辊，用于按压所述电极基板的所述未涂布部分区域；并且这对未涂布部分辊压辊中的至少一个具有表面凹凸结构。
在另一实施例中，所述未涂布部分按压部包括一对未涂布部分辊压辊，用于按压所述电极基板的所述未涂布部分区域。此时，这对未涂布部分辊压辊具有不同的硬度。
此外，在这对未涂布部分辊压辊中，一个未涂布部分辊压辊具有表面凹凸结构，另一未涂布部分辊压辊具有表面不凹凸结构。
在一实施例中，这对未涂布部分辊压辊可以具有不同的硬度。这对未涂布部分辊压辊可以包括具有表面凹凸结构的第一未涂布部分辊压辊和具有不在表面上形成凹凸结构的第二未涂布部分辊压辊。所述第一未涂布部分辊压辊的硬度可以高于所述第二未涂布部分辊压辊的硬度。
在一实施例中，根据本发明的电极辊压设备进一步包括未涂布部分感应加热部，其感应加热所述电极基板的所述未涂布部分区域。此时，所述未涂布部分按压部可以位于选自所述未涂布部分感应加热部的前端、所述未涂布部分感应加热部与所述电极辊压部之间、以及所述电极辊压部的后端中的一个或两个以上。
在一具体实施例中，所述未涂布部分感应加热部可以感应加热基于所述电极基板的所述涂布部分和所述未涂布部分之间的边界线的所述涂布部分的一部分区域和所述未涂布部分的全部区域。
在一实施例中，绝缘涂层可以覆盖在所述电极基板的所述涂布部分和所述未涂布部分之间的边界线上。
在一实施例中，所述未涂布部分按压部可以位于选自所述未涂布部分感应加热部的前端、所述未涂布部分感应加热部与所述电极辊压部之间、以及所述电极辊压部的后端中的一个或两个以上。
在一实施例中，所述未涂布部分按压部可以位于选自所述电极辊压部的前端或所述电极辊压部的后端中的一个或两个。
在一实施例中，所述电极辊压部可以包括一对辊压辊，用于按压包括所述电极基板的所述涂布部分的区域。
在另一实施例中，根据本发明的电极辊压设备进一步包括干燥部，用于加热和干燥所述电极基板，其中所述干燥部具有位于所述电极辊压部的下游或位于同一线上以包括所述电极辊压部的结构。
此外，本发明提供一种利用上述电极辊压设备的用于辊压电极基板的电极辊压方法，并且具体地，提供一种用于辊压包括集电器层和形成在所述集电器层的一面或两面上的电极复合层的电极基板的方法。在一实施例中，根据本发明的电极辊压方法包括：未涂布部分按压步骤，按压所述电极基板的未涂布部分区域以形成图案；和电极辊压步骤，辊压所述电极基板。
在一实施例中，在未涂布部分按压步骤中，形成于所述电极基板的两侧表面的未涂布部分区域被一对未涂布部分辊压辊分别按压而形成凹凸图案。
在一具体实施例中，所述凹凸图案具有重复的山峰和山谷的形状，所述山峰之间的距离在平均0.5mm至10mm的范围内，和所述山峰与所述山谷之间的高度差在平均0.1mm至5mm的范围内。
在一实施例中，根据本发明的电极辊压方法可以进一步包括未涂布部分感应加热步骤，感应加热所述电极基板的所述未涂布部分区域。此时，可以在所述未涂布部分感应加热步骤和所述电极辊压步骤之间或/和在电极辊压步骤的后端进行所述未涂布部分按压步骤。
在一具体实施例中，在所述未涂布部分感应加热步骤中，在100℃至300℃的范围的温度下加热所述电极基板的所述未涂布部分区域。
有益效果
根据本发明，可以防止在辊压电极基板的工序中在未涂布部分区域中发生膨胀并提高制造工序效率。
附图说明
图1是示出现有技术中的电极辊压工序的图。
图2和图3分别是示出根据本发明的一示例性实施方式的电极辊压工序的截面图和平面图。
图4是示出根据本发明的另一示例性实施方式的电极辊压工序的平面图。
图5是示出根据本发明的又一示例性实施方式的电极辊压工序的平面图。
具体实施方式
在下文中，将详细地描述本发明。本说明书和所附权利要求中所用的术语和词语不应被解释为受限于典型含义或字典含义，而应基于发明人可以适当地定义术语的概念从而以最佳方式描述他/她自己的发明的原则而被解释为符合本发明的技术精神的含义和概念。
本发明涉及一种电极辊压设备，且具体地提供一种用于辊压包括集电器层和形成在所述集电器层的一面或两面上的电极复合层的电极基板的设备。在一示例性实施方式中，根据本发明的电极辊压设备包括：未涂布部分按压部，用于按压所述电极基板的未涂布部分区域以形成图案；和电极辊压部，用于辊压所述电极基板。
作为实现高密度电极的方法，将电极基板辊压以增加压区压力。在该工序中，存在着在电极基板的侧部特别是未涂布部分区域上发生膨胀和工序故障率增加的问题。在本发明中，已确认，电极基板的未涂布部分被未涂布部分按压部按压而形成图案，因此，即使是在高的压区压力下辊压电极基板，也可以显著减少上述膨胀的发生。此外，当电极基板的膨胀减少时，可以降低工序故障率，此外，当卷绕电极基板时，可以增加卷绕量。因此，通过将根据本发明的电极辊压设备应用于电极的制造，能够显著地提高工序效率。
在一示例性实施方式中，未涂布部分按压部包括一对用于按压电极基板的未涂布部分区域的未涂布部分辊压辊，并且这对未涂布部分辊压辊中的任一个具有表面凹凸结构。通过使用对置的一对未涂布部分辊压辊来按压电极基板的未涂布部分区域。此时，在一对未涂布部分辊压辊中，至少一个未涂布部分辊压辊具有表面凹凸结构，并且在电极基板的未涂布部分区域中，形成对应于该未涂布部分辊压辊的表面凹凸的凹凸图案。
在另一示例性实施方式中，形成在未涂布部分辊压辊上的表面凹凸具有沿着在与电极基板的纵向(MD,Machine Direction)的倾斜角为60°至150°的方向对齐的形状。倾斜角的范围是60°至120°、80°至150°、或75°至105°。表面凹凸形成在与电极基板的纵向(MD,Machine Direction)的倾斜角在所述范围内的方向上，以解决施加到电极基板的未涂布部分的应力并最小化膨胀的发生。例如，表面凹凸具有沿着与电极基板的纵向(MD,MachineDirection)垂直的方向对齐的形状。
在一具体示例性实施方式中，未涂布部分按压部包括一对按压电极基板的未涂布部分区域的未涂布部分辊压辊，并且在这对未涂布部分辊压辊中，任一个未涂布部分辊压辊具有表面凹凸结构，另一个未涂布部分辊压辊具有不形成凹凸图案的结构。例如，当电极基板具有在其两侧形成有未涂布部分的结构时，未涂布部分按压部包括两对用于按压电极基板的两侧的未涂布部分的未涂布部分辊压辊。在这些辊中，基于一对未涂布部分辊压辊，用于从上部或一侧按压电极基板的未涂布部分辊压辊具有表面凹凸结构，而用于从下部或另一侧按压电极基板的未涂布部分辊压辊具有在表面上不形成凹凸图案的结构。
用于从上部或一侧按压电极基板的未涂布部分辊压辊(第一未涂布部分辊压辊)用于将凹凸图案施加到电极基板的未涂布部分，用于从下部或另一侧按压电极基板的未涂布部分辊压辊(第二未涂布部分辊压辊)用于诱导和支撑电极基板的传送。在这种情况下，用于从下部或另一侧按压电极基板的未涂布部分辊压辊(第二未涂布部分辊压辊)可以具有于第一未涂布部分辊压辊相比硬度相对较低的结构，结果，电极基板的未涂布部分得以支撑，从而诱导在未涂布部分上形成凹凸图案。此时，当第一未涂布部分辊压辊的硬度小于第二未涂布部分辊压辊的硬度时，即使根据示例性实施方式的未涂布部分按压部辊压未涂布部分，也难以改善未涂布部分相对于涂布部分的伸长偏差，使得可能出现未涂布部分的折叠或褶皱。具体地，用于对未涂布部分施加力的具有锯齿状的第一未涂布部分辊压辊需要比较硬，以使得在按压第二未涂布部分辊压辊和电极基板时可以基本上发生伸长。当第一未涂布部分辊压辊的硬度小于第二未涂布部分辊压辊的硬度时，当施加压力时锯齿形状发生变形，且与之相反地，在该工序中的褶皱和折叠现象表现出来，可能会导致伸长率改善效果变差和质量变差。
此外，当第一未涂布部分辊压辊和第二未涂布部分辊压辊由相同材料形成以具有相同硬度时，会产生诸如电极基板撕裂等金属锉的损坏，或者可能无法发挥未涂布部分按压部的效果。这是为了增加未涂布部分箔本身的伸长率的辊压，而不是像辊压涂层部分的情况那样的通过在集电器箔上辊压电极复合层来使电极复合层的厚度变薄，因此辊压的条件可能与辊压涂层部分时的条件不同(当辊压涂层部分时，上下压辊具有相同的硬度)。
在根据本发明示例性实施方式的电极辊压设备中，优选的是第一未涂布部分辊压辊的摩擦系数低于第二未涂布部分辊压辊的摩擦系数。如果第一未涂布部分辊压辊的摩擦系数大于第二未涂布部分辊压辊的摩擦系数，则发生打滑(slip)现象，因此难以通过根据示例性实施方式的未涂布部分按压部来均匀地辊压未涂布部分，因此，可能难以改善未涂布部分的折叠和褶皱问题。
在一些情况下，用于从上部或一侧按压电极基板的未涂布部分辊压辊形成有两个辊以对应于电极基板两侧的未涂布部分，而用于从下部或另一侧按压电极基板的未涂布部分辊压辊可以具有由一个辊形成的结构。
在又一示例性实施方式中，未涂布部分按压部包括一对用于按压电极基板的未涂布部分区域的未涂布部分辊压辊，并且每个未涂布部分辊压辊都具有凹凸图案的结构。形成未涂布部分按压部的一对未涂布部分辊压辊全都具有凹凸图案的结构，结果，可以赋予通过从两侧按压电极基板的未涂布部分区域而形成的表面凹凸结构。在这种情况下，可以将凹凸结构更清楚地赋予电极基板的未涂布部分区域。
形成未涂布部分按压部的未涂布部分辊压辊中的至少一个可以由铝或其合金、不锈钢和塑料材料中的至少一种形成。例如，形成未涂布部分按压部的一对辊是由具有高硬度的工程塑料材料形成。又例如，未涂布部分按压部包括一对未涂布部分辊压辊，但其中一个未涂布部分辊压辊是由具有高强度和高硬度的工程塑料材料形成，而另一个未涂布部分辊压辊可以由塑料材料或橡胶材料形成的结构，该塑料材料或橡胶材料具有基于维氏硬度(Vickers hardness)在90F以下、或50F至90F的范围内的相对低的硬度。
在本发明中，涂布部分是指涂布有集电器层的电极复合层的区域，未涂布部分是指未涂布有集电器层的电极复合层的区域。因此，涂布部分和未涂布部分具有不同的层压结构和厚度，并且施加到电极基板的应力集中在涂布部分和未涂布部分之间的边界线上。在本发明中，为了消除施加于电极基板的应力，进一步包括感应加热部，具体地为未涂布部分感应加热部。
在一示例性实施方式中，根据本发明的电极辊压设备可以进一步包括未涂布部分感应加热部，其感应加热电极基板的未涂布部分区域。优选的是，未涂布部分感应加热部主要用于辊压正极之时，而不被应用于辊压负极之时。此外，当辊压正极时，未涂布部分按压部可以位于选自由未涂布部分感应加热部的前端、未涂布部分感应加热部与电极辊压部之间、以及电极辊压部的后端构成的群组中的一个或两个以上。
未涂布部分感应加热部具有消除当电极基板的未涂布部分经过未涂布部分按压部时蓄积的应力(stress)、和使形成集电器的金属箔的伸长率均衡化的效果。未涂布部分感应加热部例如具有两个加热表面的结构，以覆盖形成在电极基板两侧的未涂布部分。
未涂布部分感应加热部感应加热电极基板的未涂布部分，具体地，感应加热基于电极基板的涂布部分和未涂布部分之间的边界线的涂布部分的一部分区域和未涂布部分的全部区域。例如，感应加热部具有两个加热表面，每个感应加热部的加热表面的横向(TD，Transverse Direction)与纵向(MD,Machine Direction)的长度比(MD:TD)在30:70至70:30、30:70至45:55、或55:45至70:30的范围内。此外，例如，感应加热部的每个加热表面的面积在1,300mm2至2,000mm2的范围内。
未涂布部分感应加热部感应加热电极基板的未涂布部分区域，例如在100℃至300℃的范围内加热电极基板的未涂布部分区域。将未涂布部分区域在不太高的温度下进行加热，从而最小化形成未涂布部分的金属箔的变形和膨胀的发生。此时，可以在30℃至80℃的范围内的表面温度下加热涂布部分。
另一方面，当辊压负极时，优选的是本发明的辊压设备不包括未涂布部分感应加热部。此时，未涂布部分按压部可以位于选自电极辊压部的前端或电极辊压部的后端中的一个或两个。
在一示例性实施方式中，电极辊压部包括一对辊压辊，用于按压包括电极基板的涂布部分的区域。例如，电极辊压部具有用于对包括涂布部分区域和未涂布部分区域的电极基板的前表面进行按压的结构。在另一实施例中，电极辊压部还具有按压电极基板的涂布部分区域的结构。
在又一示例性实施方式中，电极辊压部以0.5Ton/cm至6Ton/cm的范围内的压区压力来按压电极基板。具体地，在电极辊压部中，施加到电极基板的压区压力可以在1.8Ton/cm至6Ton/cm、2Ton/cm至6Ton/cm、2.5Ton/cm至6Ton/cm、2.8Ton/cm至6Ton/cm、或2.8Ton/cm至4Ton/cm的范围内。作为实现高密度电极的方法，增加施加到电极基板的压区压力。在本发明中，即使是在电极辊压部中以相对高的压区压力来辊压电极基板，也可以显著降低膨胀发生率。
在又一示例性实施方式中，根据本发明的电极辊压设备进一步包括用于加热和干燥电极基板的干燥部。具体地，干燥部具有位于电极辊压部的下游或位于同一线上以包括电极辊压部的结构。例如，在本发明中，可以在辊压电极基板之后在干燥室中干燥电极基板。在另一实施例中，在本发明中，还可以在辊压电极基板的同时对电极基板进行干燥。在又一实施例中，在本发明中，电极辊压部可以具有包括由嵌入的加热箔加热的加压辊的结构，因此，可以通过加热的加压辊来辊压电极基板。
此外，本发明提供一种电极辊压方法，具体地，提供一种辊压电极基板的方法，所述电极基板包括集电器层和形成在所述集电器层的一侧表面或两侧表面上的电极复合层。在一示例性实施方式中，根据本发明的电极辊压方法包括：未涂布部分按压步骤，按压电极基板的未涂布部分区域以形成图案；和电极辊压步骤，辊压电极基板。
在本发明中，已确认，电极基板的未涂布部分被未涂布部分按压部按压而形成图案，因此，即使是在高的压区压力下辊压电极基板，也可以显著减少未涂布部分的膨胀的发生，减轻未涂布部分的褶皱，并可以改善折叠。此外，当电极基板的膨胀减少或未涂布部分的褶皱发生和折叠得到改善时，可以降低工序故障率，此外，当卷绕电极基板时，可以增加卷绕量。因此，在根据本发明的电极辊压方法中，可以提高工序效率并且可以降低制造电极时的产品故障。
在一示例性实施方式中，在未涂布部分按压步骤中，形成于电极基板的两侧表面的未涂布部分区域被一对未涂布部分辊压辊分别按压而形成凹凸图案。此外，通过使用对置的未涂布部分辊压辊来按压电极基板的未涂布部分区域。此时，在一对未涂布部分辊压辊中，至少一个未涂布部分辊压辊具有表面凹凸结构。例如，在一对未涂布部分辊压辊中，一个未涂布部分辊压辊具有表面凹凸结构，或者一对未涂布部分辊压辊全都具有表面凹凸结构。在电极基板的未涂布部分区域中，形成对应于该未涂布部分辊压辊的表面凹凸的凹凸图案。用于未涂布部分按压步骤的辊的形状、材料等如上所述。
在又一示例性实施方式中，在未涂布部分按压步骤中，在电极基板的未涂布部分区域中，形成沿着在与电极基板的纵向(MD,Machine Direction)的倾斜角为60°至150°的方向对齐的表面凹凸。形成于电极基板的未涂布部分区域的凹凸图案对应于加压辊的表面形状。具体地，倾斜角的范围是60°至120°、80°至150°、或75°至105°。凹凸图案形成在与电极基板的纵向(MD,Machine Direction)的倾斜角在所述范围内的方向上，以解决施加到电极基板的未涂布部分的应力并最小化膨胀的发生。例如，凹凸图案具有沿着与电极基板的纵向(MD,Machine Direction)垂直的方向对齐的形状。
在一具体实施方式中，形成于电极基板的未涂布部分区域的凹凸图案具有重复的山峰和山谷的形状。例如，山峰之间的距离在平均0.5mm至10mm的范围内，山峰与山谷之间的高度差在平均0.1mm至5mm的范围内。又例如，山峰之间的距离在平均1mm至5mm的范围内，山峰与山谷之间的高度差在平均0.3mm至2.5mm的范围内。山峰之间的距离更为优选在平均1mm至2mm的范围内，山峰与山谷之间的高度差更为优选在平均0.4mm至0.8mm的范围内。可以根据产品的规格和应用对形成在电极基板的未涂布部分区域中的凹凸图案进行各种修改。在本发明中，通过将凹凸图案的形状控制在上述范围内，可以抑制在二次电池组装工序中与未涂布部分的图案形成相应的体积增加，同时最小化未涂布部分的膨胀的发生。
在又一示例性实施方式中，根据本发明的电极辊压方法在未涂布部分按压步骤和电极辊压步骤之间进一步包括未涂布部分感应加热步骤，感应加热电极基板的未涂布部分。未涂布部分感应加热步骤是与电极基板的干燥工序分开进行的步骤。在本发明中，已确认，在未涂布部分按压步骤和电极辊压步骤之间进行未涂布部分感应加热步骤，以消除未涂布部分的应力和有效地抑制膨胀的发生。
在未涂布部分感应加热步骤中，未涂布部分的应力在电极辊压步骤之前被消除，但需要在使形成集电器的金属箔的变形最小化的温度下加热未涂布部分。为此，在未涂布部分感应加热步骤中，在100℃至300℃的范围的温度下加热电极基板的未涂布部分区域。具体地，在未涂布部分感应加热步骤中，将电极基板的未涂布部分加热到100℃至250℃或150℃至200℃的范围。在未涂布部分感应加热步骤中，将电极基板的未涂布部分加热到相对低的温度，这是为了在电极辊压步骤之前消除未涂布部分的应力，但要最小化形成集电器的金属箔的变形。
在一示例性实施方式中，在电极辊压步骤中，以0.5Ton/cm至6Ton/cm的平均压区压力来辊压电极基板。具体地，在电极辊压部中，施加到电极基板的压区压力可以在1.8Ton/cm至6Ton/cm、2Ton/cm至6Ton/cm、2.5Ton/cm至6Ton/cm、2.8Ton/cm至6Ton/cm、或2.8Ton/cm至4Ton/cm的范围内。作为实现高密度电极的方法，增加施加到电极基板的压区压力。在本发明中，即使是在电极辊压部中以相对高的压区压力来辊压电极基板，也可以显著降低膨胀发生率。
在一示例性实施方式中，当执行根据本发明的电极辊压方法时，电极基板沿着一个方向(纵向：MD；Machine Direction)传送，并且传送速率在10m/min至1,100m/min的范围内。例如，可以在停止电极基板的传送时进行辊压工序，但在电极基板的传送期间进行各个步骤的工序效率是有利的。具体地，电极基板的传送速率为10m/min至1,000m/min、50m/min至1,100m/min、60m/min至200m/min、60m/min至90m/min、70m/min至90m/min、65m/min至80m/min/或75m/min至85m/min。电极基板的传送速率是在维持辊压的产品均匀性的同时不降低工序效率的范围。
在一实施例中，电极基板是指应用于锂二次电池的正极和/或负极的基板。根据电极的形状，通过冲压工序将电极基板应用于正极或负极。
正极具有在正极集电器上层叠具有双层结构的正极活性材料层的结构。在一实施例中，正极活性材料层可以包括正极活性材料、导电材料、粘合剂聚合物等等，并且如果需要，可以进一步包括本领域中常用的正极添加剂。
正极活性材料可以是含锂氧化物，可以相同也可以不同。含锂氧化物可以使用含锂过渡金属氧化物。
例如，含锂过渡金属氧化物可以是选自由LixCoO2(0.5<x<1.3)、LixNiO2(0.5<x<1.3)、LixMnO2(0.5<x<1.3)、LixMn2O4(0.5<x<1.3)、Lix(NiaCobMnc)O2(0.5<x<1.3,0<a<1,0<b<1,0<c<1,a+b+c＝1)、LixNi1-yCoyO2(0.5<x<1.3,0<y<1)、LixCo1-yMnyO2(0.5<x<1.3,0≤y<1)、LixNi1-yMnyO2(0.5<x<1.3,O≤y<1)、Lix(NiaCobMnc)O4(0.5<x<1.3,0<a<2,0<b<2,0<c<2,a+b+c＝2)、LixMn2-zNizO4(0.5<x<1.3,0<z<2)、LixMn2-zCozO4(0.5<x<1.3,0<z<2)、LixCoPO4(0.5<x<1.3)和LixFePO4(0.5<x<1.3)构成的群组中的一种或至少两种的混合物，以及含锂过渡金属氧化物也可以是涂布有诸如铝(Al)的金属或金属氧化物。此外，除了含锂过渡金属氧化物之外，还可以使用选自由硫化物(sulfide)、硒化物(selenide)、卤化物(halide)等构成的群组中的至少一种。
正极活性材料可以以94.0重量％至98.5重量％的范围包含在正极活性材料层中。当正极活性材料的含量满足上述范围时，有利于制造高容量电池，并赋予正极充分的导电性或电极材料之间的粘附性。
正极中所用的集电器是具有高电导率的金属，并且可以是能够容易附着于正极活性材料浆料的金属，且只要在电化学装置的电压范围内没有反应性即可使用。具体地，正极集电器的非限制性实例包括由铝、镍或其组合所制备的箔。
正极活性材料层进一步导电材料。导电材料通常以基于包含正极活性材料的混合物的总重量的1重量％至30重量％来添加。这种导电材料没有特别限制，只要其具有导电性且不对二次电池造成化学变化即可。例如，导电材料可以使用选自以下各者构成的群组中的至少一种：石墨，诸如天然石墨和人造石墨；炭黑，诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、Denka黑、热炭黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑和热黑；导电纤维，诸如碳纤维和金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳粉、铝粉和镍粉；导电晶须，诸如氧化锌和钛酸钾；导电氧化物，诸如钛氧化物；聚苯撑衍生物；和类似物。
负极具有在负极集电器上层叠具有双层结构的负极活性材料层的结构。在一实施例中，负极活性材料层可以包括负极活性材料、导电材料和粘合剂聚合物，并且如果需要，可以进一步包括本领域中常用的负极添加剂。
负极活性材料可以包括碳材料、锂金属、硅、锡、或类似物。当碳材料用作负极活性材料时，低结晶碳、高结晶碳等都可以使用。低结晶碳以软碳(soft carbon)和硬碳(hardcarbon)为代表，高结晶碳以选自由天然石墨、基什石墨(Kish graphite)、热解碳(pyrolytic carbon)、中间相沥青基碳纤维(mesophase pitch based carbon fiber)、中间相碳微珠(mesocarbon microbeads)、中间相沥青(Mesophase pitches)、石油或煤焦油沥青衍生的焦炭(petroleum or coal tar pitch derived cokes)、和类似物构成的群组中的至少一种高温煅烧碳为代表。
负极中所用的集电器的非限制性实例包括铜、金、镍或铜合金、由它们的组合制造的箔、或类似物。此外，集电器也可以通过层叠由这些材料构成的基板来使用。
此外，负极可以包括本领域中常用的导电材料和粘合剂。
在下文中，将参照附图、实施方式等更详细地描述本发明。本发明可以进行各种修改并且可以具有各种形式，具体实施方式在附图中示出并且将在说明书中进行详细描述。然而，应当理解，本发明并非旨在受限于特定的公开形式，而是包括包含在本发明的精神和技术范围内的所有修改、等同物和替代物。
(第一实施方式)
图2和图3分别是示出根据本发明的一示例性实施方式的电极辊压工序的示意图，其中图2示出截面图和图3示出平面图。
参照图2，将包括集电器层和形成在集电器层两侧的电极复合层的电极基板110进行辊压。具体地，在穿过用于按压电极基板110的未涂布部分111区域以形成图案的未涂布部分按压部之后，电极基板被电极辊压部辊压。
未涂布部分按压部包括一对未涂布部分辊压辊131和132，用于从两侧按压电极基板110的未涂布部分111。在这对未涂布部分辊压辊131和132中，位于上部的第一未涂布部分辊压辊131具有凹凸图案的结构，而位于下部的第二未涂布部分辊压辊132具有表面没有凹凸图案的结构。位于上部的第一未涂布部分辊压辊131用于将凹凸图案赋予电极基板110的未涂布部分111，位于下部的第二未涂布部分辊压辊132用于支撑电极基板110的未涂布部分111。例如，位于上部的第一未涂布部分辊压辊131由具有高硬度的工程塑料形成，位于下部的第二未涂布部分辊压辊132由具有相对低的硬度的塑料材料或橡胶材料形成。
优选的是，第一未涂布部分辊压辊131具有比第二未涂布部分辊压辊132更高的硬度。具体地，第一未涂布部分辊压辊131可以由具有约100以上的HB硬度的材料形成，第二未涂布部分辊压辊132可以由具有约70以下的HB硬度的材料形成。例如，如下表1所示，当第一未涂布部分辊压辊131和第二未涂布部分辊压辊132的硬度在上述条件的范围内时，根据示例性实施方式，未涂布部分被未涂布部分按压部辊压，以实现将未涂布部分的膨胀和将未涂布部分提升至预定水平或更低的效果。在比较例1和2中，已确认，未涂布部分发生折叠和褶皱而导致电极缺陷。
[表1]
SUS:钢用不锈钢
参照上表1，当第一未涂布部分辊压辊的硬度大于第二未涂布部分辊压辊的硬度时(比较例1)，由于第一未涂布部分辊压辊按压未涂布部分，未涂布部分的伸长率改善效果非常小，所以难以防止未涂布部分的折叠和褶皱的发生。另外，即使在第一未涂布部分辊压辊的硬度与第二未涂布部分辊压辊的硬度相同时(比较例2)，由于发生诸如电极基板的撕裂之类的对金属箔的损伤，或者通过未涂布部分按压部辊压未涂布部分的效果非常小，所以难以防止未涂布部分的折叠和褶皱的发生。
根据示例性实施方式的第一未涂布部分辊压辊131上形成的凹凸图案可以具有约36至150个锯齿。凹凸图案的分布密度可以通过测量具有圆形圆周的未涂布部分辊压辊中的锯齿之间的距离和在辊的中心处彼此相邻的锯齿之间的角度来表示。就这一点而言，如下表2所示，当第一未涂布部分辊压辊131上形成的锯齿数量小于36时，实际上难以获得通过未涂布部分按压部辊压未涂布部分来减少电极膨胀的效果，当锯齿数量大于150时，在辊的加速或减速期间可能会出现未涂布部分的折叠现象。即使当使用没有锯齿现象的扁平的未涂布部分辊压辊时，在辊的加速或减速期间也可能会出现未涂布部分的折叠现象。
电极膨胀可以指在辊压之后电极表面发生波动的现象。
[表2]
电极基板110通过未涂布部分按压部在电极辊压部中执行辊压工序。电极辊压部包括一对辊压辊121和122，用于从两侧按压电极基板110的前表面或涂布部分。这对辊压辊121和122在压区压力为3.0Ton/cm的条件下辊压电极基板的同时按压电极基板110的涂布部分以增加密度。
通过上述电极辊压工序以80m/min的速率传送电极基板110。
参照图3，电极基板110包括集电器层和形成在集电器层两侧上的电极复合层，在集电器层上涂布有电极复合层的区域是指涂布部分112，在集电器层上未涂布有电极复合层的区域是指未涂布部分111。
未涂布部分按压部包括一对用于分别按压电极基板110的未涂布部分111的两侧的未涂布部分辊压辊131和132。当从上面观察时，上部的未涂布部分辊压辊131a和131b分别位于电极基板110的两侧表面的未涂布部分111上。通过上部的未涂布部分辊压辊131a和131b在电极基板110的未涂布部分111上所形成的凹凸图案具有在沿着垂直于MD方向的方向上对齐的结构。
通过未涂布部分按压部的电极基板110被电极辊压部辊压。电极辊压部包括一对用于从两侧按压电极基板110的前表面或涂布部分的辊压辊121和122。这对辊压辊121和122在压区压力为3.0Ton/cm的条件下辊压电极基板的同时按压电极基板110的前表面以增加形成在涂布部分上的电极复合层的密度。
通过上述电极辊压工序以80m/min的速率传送电极基板110。
(第二实施方式)
图4是示出根据本发明另一示例性实施方式的电极辊压工序的平面图。参照图4，电极基板210包括集电器层和形成在集电器层两侧上的电极复合层，在集电器层上涂布有电极复合层的区域是指涂布部分212，在集电器层上未涂布有电极复合层的区域是指未涂布部分211。
未涂布部分按压部包括用于分别按压电极基板210的未涂布部分211的两侧的上部的未涂布部分辊压辊231a和231b。当从上面观察时，未涂布部分辊压辊231a和231b分别位于电极基板210的两侧表面的未涂布部分211上。通过未涂布部分辊压辊231a和231b的按压而在电极基板210的未涂布部分211上形成凹凸图案，所形成的凹凸图案具有在沿着垂直于MD方向的方向上对齐的结构。
通过未涂布部分按压部的电极基板210的未涂布部分211被未涂布部分感应加热部241和242加热。在未涂布部分感应加热部241和242中的未涂布部分211的加热温度约为75℃。
通过未涂布部分感应加热部241和242的电极基板210被电极辊压部辊压。电极辊压部包括一对用于从两侧按压电极基板210的前表面或涂布部分的辊压辊221。这对辊压辊221在压区压力为3.0Ton/cm的条件下辊压电极基板的同时按压电极基板210的前表面以增加形成在涂布部分上的电极复合层的密度。
通过上述电极辊压工序以80m/min的速率传送电极基板210。
参照回图3，将描述根据本发明示例性实施方式的电极辊压工序。
参照图3，供给在铝箔上形成有电极复合层的电极基板，所供给的电极基板穿过未涂布部分辊压部。未涂布部分辊压部通过下部未涂布部分辊压辊支撑电极基板，并且通过位于电极基板的未涂布部分上的上部未涂布部分辊压辊形成凹凸图案。上部的未涂布辊压辊具有形成为表面凹凸的形状，并且在电极基板的未涂布部分中，形成与上部的未涂布辊压辊的表面凹凸对应的凹凸图案。
电极基板包括铝箔上带有电极复合层的涂布部分和没有电极复合层的未涂布部分，在涂布部分和未涂布部分之间形成有绝缘涂层300。此时，绝缘涂层可以覆盖在涂布部分和未涂布部分之间的边界线上。
使用具有表面凹凸的未涂布部分辊压辊来辊压电极基板的未涂布部分。在电极基板的未涂布部分，形成与未涂布辊压辊的表面凹凸对应的凹凸图案。
(第三实施方式)
图5是示出根据本发明又一示例性实施方式的电极辊压工序的平面图。参照图5，将包括集电器层和形成在集电器层两侧上的电极复合层的电极基板310进行辊压。具体地，在穿过用于按压电极基板310的未涂布部分311区域以形成图案的未涂布部分按压部之后，电极基板被电极辊压部辊压。
未涂布部分按压部包括一对未涂布部分辊压辊331和332，用于从两侧按压电极基板310的未涂布部分311。未涂布部分辊压辊131和132具有在表面形成有凹凸图案的结构。
电极基板310通过未涂布部分按压部在电极辊压部中执行辊压工序。电极辊压部包括一对辊压辊321和322，用于从两侧按压电极基板310的前表面或涂布部分。这对辊压辊321和322在压区压力为3.0Ton/cm的条件下辊压电极基板的同时按压电极基板310的涂布部分以增加密度。
通过上述电极辊压工序以70m/min的速率传送电极基板310。
在上文中，已经参照附图、示例性实施方式等更详细地描述了本发明。然而，附图中公开的配置或本说明书中描述的示例性实施方式仅是本发明的一个示例性实施例，并非旨在代表本发明的所有技术思想。因此，应当理解，可以进行能够替换本申请其时的配置的各种等效物和修改。
标记和符号的说明
10、110、210、310：电极基板
21、22、121、122、221、222、321、322：辊压辊
11、111、211、311：未涂布部分
212：涂布部分
131、131(a)、131(b)、132、231(a)、232(b)、331、332：未涂布部分辊压辊
141、142、241、242：未涂布部分感应加热部
Claims (17)
1.一种用于辊压电极基板的电极辊压设备，所述电极基板包括集电器层和形成在所述集电器层的一面或两面上的电极复合层，所述电极辊压设备包括：
未涂布部分按压部，用于按压所述电极基板的未涂布部分区域以形成图案；和
电极辊压部，用于辊压所述电极基板。
2.根据权利要求1所述的电极辊压设备，其中：
所述未涂布部分按压部包括用于按压所述电极基板的未涂布部分区域的一对未涂布部分辊压辊，并且
所述一对未涂布部分辊压辊中的至少一个具有表面凹凸结构。
3.根据权利要求1所述的电极辊压设备，其中：
所述未涂布部分按压部包括用于按压所述电极基板的未涂布部分区域的一对未涂布部分辊压辊，和
所述一对未涂布部分辊压辊具有不同的硬度。
4.根据权利要求3所述的电极辊压设备，其中：
所述一对未涂布部分辊压辊包括具有表面凹凸结构的第一未涂布部分辊压辊和具有不在表面上形成凹凸结构的第二未涂布部分辊压辊。
5.根据权利要求4所述的电极辊压设备，其中：
所述第一未涂布部分辊压辊的硬度高于所述第二未涂布部分辊压辊的硬度。
6.根据权利要求1所述的电极辊压设备，进一步包括：
用于感应加热所述电极基板的所述未涂布部分区域的未涂布部分感应加热部。
7.根据权利要求6所述的电极辊压设备，其中：
所述未涂布部分感应加热部以所述电极基板的涂布部分和所述未涂布部分之间的边界线为中心而感应加热所述涂布部分的一部分区域和所述未涂布部分的全部区域。
8.根据权利要求7所述的电极辊压设备，其中：
绝缘涂层覆盖在所述电极基板的所述涂布部分和所述未涂布部分之间的边界线上。
9.根据权利要求6所述的电极辊压设备，其中：
所述未涂布部分按压部位于选自所述未涂布部分感应加热部的前端、所述未涂布部分感应加热部与所述电极辊压部之间、以及所述电极辊压部的后端中的一个或两个以上。
10.根据权利要求1所述的电极辊压设备，其中：
所述未涂布部分按压部位于选自所述电极辊压部的前端或所述电极辊压部的后端中的一个或两个。
11.根据权利要求1所述的电极辊压设备，其中：
所述电极辊压部包括一对辊压辊，用于按压包括所述电极基板的涂布部分的区域。
12.根据权利要求1所述的电极辊压设备，进一步包括：
用于加热和干燥所述电极基板的干燥部，
其中所述干燥部具有位于所述电极辊压部的下游的结构或位于同一线上以包括所述电极辊压部的结构。
13.一种用于辊压电极基板的电极辊压方法，所述电极基板包括集电器层和形成在所述集电器层一面或两面上的电极复合层，所述电极辊压方法包括：
未涂布部分按压步骤，按压所述电极基板的未涂布部分区域以形成图案；和
电极辊压步骤，辊压所述电极基板。
14.根据权利要求13所述的电极辊压方法，其中：
在未涂布部分按压步骤中，
形成于所述电极基板的两侧表面的未涂布部分区域被一对未涂布部分辊压辊分别按压而形成凹凸图案。
15.根据权利要求14所述的电极辊压方法，其中：
所述凹凸图案具有重复的山峰和山谷的形状，
所述山峰之间的距离在平均0.5mm至10mm的范围内，和
所述山峰与所述山谷之间的高度差在平均0.1mm至5mm的范围内。
16.根据权利要求13所述的电极辊压方法，进一步包括：
未涂布部分感应加热步骤，感应加热所述电极基板的未涂布部分区域。
17.根据权利要求16所述的电极辊压方法，其中：
在所述未涂布部分感应加热步骤中，
在100℃至300℃的范围的温度下加热所述电极基板的未涂布部分区域。
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