CN115280544A - 制造用于二次电池的电极板的方法和用于二次电池的电极板 - Google Patents

Abstract

本技术涉及一种制造用于二次电池的电极板的方法，并且所述方法是一种通过在电极集流体片材上进行图案涂覆以具有在涂覆部上涂覆有电极浆料的涂覆部和在未涂覆部上未涂覆电极浆料的未涂覆部的制造电极板的方法，包括：将至少一层粘合剂膜附着在电极集流体片材上的未涂覆部的至少一部分上；将电极浆料连续地涂覆在包括粘合剂膜附着部的所述电极集流体片材上；将所述电极浆料加热和干燥；以及从所述电极集流体片材上剥离所述粘合剂膜，并回收所述粘合剂膜。在此，在粘合剂膜的回收期间，当粘合剂膜的粘附力在电极浆料的加热干燥过程中降低时，粘合剂膜变得可从电极集流体片材上剥离，并且随着粘合剂膜的剥离，暴露出电极集流体片材的表面。根据本发明，通过连续地形成电极图案，可以显著提高电极浆料的涂覆速度，并且提高了电池容量和能量密度。本发明还涉及一种通过上述方法制造的用于二次电池的电极板。

Description

制造用于二次电池的电极板的方法和用于二次电池的电极板

技术领域

本发明涉及一种制造用于二次电池的电极板的方法。

本发明还涉及一种通过所述制造电极板的方法制造的用于二次电池的电极板。

本申请要求基于2020年10月26日提交的韩国专利申请第10-2020-0139040号的优先权的权益，通过引用将该韩国专利申请的整体内容结合在此。

背景技术

随着对移动装置的技术开发和需求的增加，对二次电池的需求也迅速增加。其中，锂二次电池由于其高能量密度和高工作电压以及优异的储存和寿命特性而被广泛用作各种电子产品以及各种移动装置的能源。

用于在壳体中充电和放电电能的电极组件被内置在锂二次电池中。构成电极组件的电极(正极和负极)通过离子交换产生电流，将正极和负极的每一者制成电极基板，进行接片处理并切割成适当的尺寸，所述电极基板是通过在由铝或铜膜制成的集流体表面上施加电极浆料并对所述电极浆料进行干燥来获得的。将电极浆料以溶剂与活性材料混合的形式施加在集流体的表面上，并制成电极基板。通过蒸发电极浆料的溶剂，使电极基板干燥以使电极活性材料在集流体的表面上硬化。

图1是用于干燥电极基板的加热干燥装置的示意图。

如图1所示，在集流体片材2a从放卷辊1a被放卷然后卷绕在卷绕辊1b上的过程中，使通过涂覆机7将电极浆料施加在集流体片材2a的表面上而获得的电极基板2由辊6通过电极烘箱4进行加热干燥，然后电极基板2被卷绕在卷绕辊1b上。电极烘箱4具有一个或多个干燥室4a、4b和4c，并且每个干燥室的温度由加热器5中产生的热量控制。

图2示出了电极集流体片材的顺序图案。

在电极集流体片材100上交替地布置有涂覆电极浆料的部分(涂覆部10)和未涂覆电极浆料的部分(未涂覆部20)。

形成未涂覆部20是因为暴露的集流体片材(金属)的表面需要形成端子，以便在随后形成电极组件时用于将正极连接至负极。可以通过后面的切口工序等在未涂覆部20上形成接片。

在传统技术中，为了形成这样的电极图案，执行间歇或不连续的涂覆操作，其中在根据涂覆部10或未涂覆部20的图案移动涂覆机或集流体的同时，重复电极浆料排出的开始和停止。当涂覆速度相对较慢时，通过这种不连续的涂覆操作可以在一定程度上准确地形成图案，但由于操作速度明显较慢，生产效率可能会降低。

此外，当涂覆速度增加时，难以使涂覆机头的机械控制与涂覆速度同步，从而难以形成未涂覆部和涂覆部交替重复的图案。

此外，在传统的电极板中，如图2所示，形成在涂覆部10之间的未涂覆部20沿电极板的宽度方向形成。由于在未涂覆部20上没有施加电极浆料，因此未涂覆部20对电池容量或能量密度的提高没有贡献。

因此，需要一种在提高电极图案的涂覆速度的同时提高电池容量等的技术。

[现有技术文献]

[专利文献]

韩国专利公开第10-2015-0049516号

发明内容

[技术问题]

相信本发明解决了上述问题中的至少一些。例如，本发明的一个方面提供了一种制造用于二次电池的电极板的方法，该方法能够通过在电极集流体片材上连续地涂覆电极浆料来提高涂覆速度。

此外，本发明的另一方面提供了一种制造用于二次电池的电极板的方法，该方法能够通过简单地剥离电极集流体上的未涂覆部而有效地在电极上形成电极图案。

此外，本发明的另一方面提供了一种制造用于二次电池的电极板的方法，该方法能够通过扩大电极浆料涂覆部来提高电池容量和能量密度。

此外，本发明涉及一种通过上述方法制造的、并且能够提高电池容量和能量密度的用于二次电池的电极板。

[技术方案]

用于解决上述问题的本发明的制造用于二次电池的电极板的方法是一种通过在电极集流体片材上进行图案涂覆以具有涂覆部上涂覆有电极浆料的涂覆部和未涂覆部上未涂覆电极浆料的未涂覆部的制造电极板的方法，所述方法包括：将至少一层粘合剂膜附着在电极集流体片材上的未涂覆部的至少一部分上；将电极浆料连续地涂覆在包括粘合剂膜附着部的所述电极集流体片材上；将所述电极浆料加热和干燥；以及从所述电极集流体片材上剥离所述粘合剂膜，并回收所述粘合剂膜。在此，通过电极浆料的加热和干燥降低了粘合剂膜的粘附力，使得可以在剥离和回收过程中从电极集流体片材上去除粘合剂膜，并且随着粘合剂膜的去除，暴露出电极集流体片材的表面。

具体而言，在电极浆料的加热和干燥过程中，通过加热降低了粘合剂膜的粘附力。

在一个示例中，粘合剂膜包括通过加热而体积膨胀的填料。

所述填料可在80℃或更高的温度下膨胀，并且优选地在100℃与200℃之间的温度下膨胀。

可以通过吸附粘合剂膜将粘合剂膜从电极集流体片材的表面剥离。

在本发明的一个示例中，可以通过使用真空吸附装置真空吸附粘合剂膜来剥离粘合剂膜。

在本发明的另一示例中，可以通过将粘合剂膜吸附到外周附着有胶带的粘合辊上来剥离粘合剂膜。

优选地，可以通过在沿着电极集流体片材的上表面移动的同时吸附电极集流体片材来剥离粘合剂膜。

在去除粘合剂膜之后，可以将电极集流体片材的表面压平。

此外，可以通过调整粘合剂膜的数量、尺寸和形状、以及粘合剂膜的附着位置的至少一者来调整电极集流体片材上的图案。

此外，在本发明的另一方面，可以通过上述方法提供一种用于二次电池的电极板。在一个示例中，电极板包括电极集流体片材，所述电极集流体片材包括位于所述电极集流体片材上的涂覆部上涂覆有电极浆料的至少一个涂覆部和未涂覆部上未涂覆电极浆料的至少一个未涂覆部。在此，未涂覆部沿着电极集流体片材的纵向以规则的间隔定位，多个未涂覆部形成为沿着电极集流体片材的宽度方向彼此间隔开，并且所述涂覆部至少形成在除所述未涂覆部之外的部分上。

[有益效果]

根据本发明，通过连续地形成电极图案，可以显著提高电极浆料的涂覆速度。

此外，根据本发明，通过仅在电极集流体上的期望位置处形成未涂覆部，扩大了电极浆料涂覆部，可以提高电池容量和能量密度。

此外，根据本发明，能够在沿着电极集流体片材的表面移动的同时连续地剥离用于在电极集流体上形成未涂覆部图案的粘合剂膜，这是一个优点。

附图说明

图1是用于干燥电极基板的加热干燥装置的示意图。

图2是示出传统的电极集流体片材上的不连续图案形成方法的示意图。

图3是示出根据本发明的一个实施方式的电极板的制造方法的示意图。

图4是示出本发明中使用的粘合剂膜的结构的示意图。

图5是示出根据本发明的另一实施方式的制造电极板的方法的示意图。

图6是示出根据本发明的又一实施方式的制造电极板的方法的示意图。

具体实施方式

下文中，将参照附图和各实施方式详细地描述本发明的详细配置。下面描述的实施方式是示例性的，以帮助理解本发明，并且为了帮助理解本发明，附图没有以实际比例示出，一些部件的尺寸可夸大。

由于本发明的构思允许各种改变和众多实施方式，所以将在附图中示出特定实施方式并在本文中进行详细描述。然而，这并不旨在将本发明限制为所披露的具体形式，应该理解为包括本发明的精神和范围内包含的所有变化、等同物和替代物。

本发明旨在改进传统的不连续图案涂覆技术(参见图2)，该技术形成涂覆部，在移动电极集流体片材的过程中从涂覆机排出的电极浆料施加在涂覆部上，并且通过停止电极浆料的排出，形成没有电极浆料的未涂覆部。

本发明的主要特征在于，为了连续地进行不连续图案的涂覆，将粘合剂膜附着在待形成未涂覆部的部分上。

此外，将电极浆料连续地涂覆在包括粘合剂膜附着部的电极集流体片材上。因此，将电极浆料施加在粘合剂膜的上部。重要的是是否可以有效地剥离和回收施加有电极浆料的粘合剂膜。当粘合剂膜的剥离和回收工序变得困难时，不能适当地形成未涂覆部。因此，将不连续涂覆转变为连续涂覆的技术意义显著降低。本发明采用通过电极浆料的加热干燥工序来自然地降低粘合剂膜的粘附力而使粘合剂膜易于剥离的手段。即，在电极浆料的加热干燥工序之后单独的加热或冷却工序不会降低粘合剂膜的粘附力，但可以通过在电极浆料的加热干燥工序期间施加的高温加热来降低粘合剂膜的粘附力。因此，根据本发明，图1的连续涂覆工序-加热干燥工序的一系列工艺流程不受干扰。因此，本发明的方法更适用于设备的自动化，并且进一步提高了生产效率。

为此，本发明使用通过加热来降低粘附力的特定粘合剂膜。

(第一实施方式)

图3是示出根据本发明的第一实施方式的制造电极板的方法的示意图。

在图3中，电极集流体片材100从左向右移动，并且电极集流体片材100在从左向右移动的同时连续地经历一系列工序。

首先，在根据本实施方式的制造方法中，将粘合剂膜21附着在电极集流体片材100的待形成未涂覆部的部分上。粘合剂膜21的附着在电极浆料的施加之前进行，并且附着方法没有特别限制。优选地，可以通过存储关于待形成未涂覆部的位置的信息的机器人将粘合剂膜21自动定位在未涂覆部处，来自动定位和附着粘合剂膜21。与在涂覆部10之间形成为带状的传统未涂覆部不同，在本发明中，未涂覆部20以点状间隔地形成在特定位置。这是通过使用本发明的特定粘合剂膜和剥离方法来实现的。

在附着粘合剂膜21之后，将电极浆料连续地施加在包括已经附着有粘合剂膜的部分的电极集流体片材100上。由图3的虚线表示的矩形示出了粘合剂膜上已经施加了电极浆料的粘合剂膜。由此，当电极浆料以设计的宽度方向长度连续地施加时，在除了片材的宽度方向的两端的未涂覆部之外的电极集流体片材100上形成电极浆料涂覆部11。由于无论是否附着有粘合剂膜21都连续地施加电极浆料，因此不需要如现有技术那样停止涂覆机排出。

此后，随着电极集流体片材100在干燥装置200中被加热，片材上的电极浆料被干燥。在该加热干燥工序中，电极浆料下部的粘合剂膜21的粘附力降低。即，在本发明中，在干燥装置200的干燥工序中，同时进行电极浆料的干燥和粘合剂膜21的粘附力降低。因此，由于穿过干燥装置200的电极集流体片材100上的粘合剂膜的粘附力降低，因此粘合剂膜处于易于剥离的状态。通过剥离粘合剂膜，暴露出集流体片材的表面，并且该部分成为未涂覆部20。

本发明的粘合剂膜21的粘附力在经历加热干燥工序时降低。在本实施方式中，粘合剂膜的粘附力因加热干燥工序期间的热量而降低。

<粘附力降低机制>

图4是示出本发明中使用的粘合剂膜21的结构的示意图。图4示出了粘合剂膜21的示例，其中粘附力因加热干燥工序中的热量而降低。如图所示，粘合剂膜21包括粘合剂21a、填料21b、以及附着有粘合剂和填料的膜片21c。当施加热时，填料21b膨胀。于是，与电极集流体片材100的表面的粘附面积的大部分被填料21b占据，片材表面的粘附面积显著减少，粘合剂膜21成为可剥离状态。

在不干扰填料21b的作用的范围内，可以使用已知的粘合剂组合物来制造粘合剂21a。例如，可以使用通过将柔性丙烯酸酯单体和硬丙烯酸酯单体以预定比例混合而获得的丙烯酸粘合剂。根据需要，可以在粘合剂中加入光引发剂或光交联剂。优选使用可固化或热塑性产品作为填料21b。例如，可以使用AkzoNobel的Polymeric Sphere Expancel 551DU(产品名称)。填料21b和粘合剂21a的组成、填料21b的直径等可以考虑在随后的填料膨胀时粘附力的减小而适当地选择。优选地，填料21b的直径为6微米至24微米。

具有在电极浆料的加热干燥工序期间膨胀的特性的填料可以用作填料21b。因此，填料21b在80℃或更高的温度下膨胀。填料21b优选地在100℃至200℃的一般加热干燥温度范围内膨胀。上述产品填料21b满足这些条件。

<剥离机制>

将参照图3描述本发明的粘合剂膜剥离和回收机制。

穿过干燥装置200的电极集流体片材100上部的电极浆料被干燥并涂覆在片材的表面上。附着有粘合剂膜21的区域的上部的电极浆料也被干燥，下部的粘合剂膜21的粘附力降低，从而成为可剥离状态。然而，由于粘合剂膜21上部的电极浆料与不包括粘合剂膜21的部分(涂覆部)上的电极浆料连接，因此应使用预定的剥离工具去除粘合剂膜21，因为它不容易剥离。可以通过使用预定装置吸附粘合剂膜21来回收粘合剂膜。

即，如图3所示，可以通过使用真空吸附装置300吸附电极集流体片材100的上表面，来剥离粘合剂膜21。此时，由于未附着粘合剂膜21的电极浆料部分已涂覆在片材的表面上，粘附力远高于粘合剂膜21，因此使用真空吸附装置300无法将所述电极浆料部分剥离。因此，可以通过使用真空吸附装置300剥离粘合剂膜21来回收粘合剂膜21。当粘合剂膜21被回收时，暴露出集流体片材100的表面，并且暴露出的表面成为未涂覆部20。因此，通过粘合剂膜的剥离和回收完成了涂覆部上涂覆有电极浆料的涂覆部和未涂覆部上未涂覆电极浆料的未涂覆部的图案。

在本发明中，可以连续地执行剥离粘合剂膜21的工序。即，例如，可以通过在沿着集流体片材100的上表面移动的同时吸附片材的前表面来剥离粘合剂膜21，而无需通过使剥离装置接近附着有粘合剂膜21的部分来剥离粘合剂膜21。如前所述，由于涂覆部10的电极浆料已经牢固地附着在集流体片材100的表面上，因此电极浆料不会因真空吸附装置300的吸附而被剥离，并且只有形成未涂覆部的部分上的粘合剂膜21由于粘附力降低而被容易地剥离。因此，由于能够在沿着集流体片材100的整个上表面移动的同时剥离粘合剂膜21，而无需指定附着有粘合剂膜的部分，因此能够显著提高剥离效率和生产效率。在此，由于集流体片材100沿着生产线从左向右移动，因此即使在吸附装置被固定时，也可以连续地剥离。或者，考虑到集流体片材100的传送速度，吸附装置可以以适当的速度沿相反方向移动。

(第二实施方式)

图5是示出根据本发明的另一实施方式的制造电极板的方法的示意图。

粘合剂膜附着-电极浆料施加-加热干燥工序与第一实施方式中的相同，因此这里省略对其的描述。在本实施方式中，粘合剂膜21的剥离和回收装置与第一实施方式不同。在本实施方式中，通过在集流体片材100处安装外周附着有胶带的粘合辊400来剥离粘合剂膜21。

当集流体片材100从左向右移动时，粘合辊400在逆时针旋转的同时剥离片材100的表面上的粘合剂膜21。在本实施方式中，能够以简单的装置配置进行剥离，不需要如第一实施方式那样的诸如真空泵之类的复杂的真空吸附装置。

此外，在第一实施方式中，由于通过真空吸附装置300进行吸附，因此可以通过在与集流体片材100的表面稍有间隔的上部处吸附，而不与集流体片材100的表面接触。由于粘合辊400通过与集流体片材100的片材表面接触来剥离，因此可能对集流体片材100的表面产生影响。另一方面，粘合辊400在剥离力方面可能是有利的，因为它是直接接触和剥离的。在本实施方式中，可以在沿着电极集流体片材100的整个上表面移动的同时，有效地剥离粘合剂膜21(或者，可以在电极集流体片材100移动时将粘合辊400固定)。

当沿着根据第二实施方式的集流体片材(涂覆部10)的表面接触时，或者在第一实施方式的情况下，涂覆部10的电极浆料可能会由于剥离力而在未涂覆部20与涂覆部10之间的边界部分上翘起。

然而，加热干燥工序之后的集流体片材100将经历其中电极的表面被压平的辊压工序，因此这样的翘起问题不大。例如，如果集流体片材的表面被辊压机压制，则涂覆部10与未涂覆部20之间的边界部分也可以变得平坦。

(第三实施方式)

图6是示出根据本发明的又一实施方式的制造电极板的方法的示意图。

在本实施方式中，粘合剂膜21的数量沿着集流体片材100的宽度方向从3个减少到2个。

同样地，在本发明中，可以通过调整粘合剂膜21的数量和粘合剂膜21的附着位置来调整未涂覆部20的图案。或者，可以通过调整粘合剂膜21的大小和形状等来调整未涂覆部20的图案以及最终在集流体片材上的图案。

因此，根据本发明，可以通过改变粘合剂膜21的数量、位置、尺寸和形状的至少一者来制作用于制造电极单元的的各种图案。即，由于可以制作与电极接片的类型和形状相对应的图案，因此增加了图案形成的自由度。

通过本发明的方法的连续图案涂覆，可以显著提高涂覆速度。此外，通过上述粘合剂膜21的连续剥离，能够提高制造工序的自动化率，并且能够进一步提高生产效率。

此外，通过本发明的方法制备的用于二次电池的电极板能够提高电池容量和能量密度。

参照图3、图5和图6，通过本发明的方法制造的电极板包括：涂覆部上涂覆有电极浆料的至少一个涂覆部10、以及未涂覆部上未涂覆电极浆料的至少一个未涂覆部20。在此，未涂覆部20沿着电极集流体片材100的纵向以规则的间隔定位，多个未涂覆部20形成为沿着电极集流体片材100的宽度方向彼此间隔开，并且涂覆部10至少形成在除未涂覆部20之外的部分上。即，在传统的用于二次电池的电极板中，未涂覆部在涂覆部之间形成为带状，并且电极浆料不施加在带状部分上。然而，在本发明中，电极浆料可以涂覆在未涂覆部20之间的部分上。这是由于根据粘合剂膜21的附着和剥离的独特配置。形成在图6的涂覆部10的左侧和右侧上的未涂覆部20通过分切工艺被去除。因此，在电极板中，涂覆部10上涂覆有电极浆料的涂覆部10可以形成在除未涂覆部20之外的区域上。

由此，当电极浆料的涂覆部扩大时，实质上对电池容量有贡献的部分增加，从而可以提高电池容量。此外，由于在相同面积的集流体片材100上施加更多的电极浆料，因此也可以提高能量密度。在容量和能量密度改善方面，图6的电极板将比图3和图5的电极板更有利。

然而，应注意的是，并非可以无条件地扩大涂覆部10，并且可以在其他电池组件的结构所需的片材(金属)表面、接片部分的数量、位置和形状的约束下扩大涂覆部10。

本发明的图案涂覆技术可以应用于正极和负极。此外，可以根据电池类型适当地应用，特别地，可以通过连续涂覆工艺获得制造果冻卷电极所需的图案电极。

在上文中，已通过附图和示例更详细地描述了本发明。因此，说明书中描述的实施方式和附图中描述的配置仅是本发明的最优选实施方式，不代表本发明的所有技术构思。应当理解，在提交本申请时，可存在各种等同和变型来代替它们。

[附图标记说明]

10：涂覆部

11：电极浆料涂覆部

20：未涂覆部

21：粘合剂膜

21a：粘合剂

21b：填料

21c：膜片

100：电极集流体片材

200：干燥装置

300：真空吸附装置

400：粘合辊。

Claims (12)

1.一种制造电极板的方法，所述方法通过在电极集流体片材上进行图案涂覆以具有在涂覆部上涂覆有电极浆料的涂覆部和在未涂覆部上未涂覆所述电极浆料的未涂覆部，所述方法包括：

将至少一层粘合剂膜附着在所述电极集流体片材上的所述未涂覆部的至少一部分上；

将电极浆料连续地涂覆在包括所述粘合剂膜附着部的所述电极集流体片材上；

将所述电极浆料加热和干燥；以及

从所述电极集流体片材上剥离所述粘合剂膜，并回收所述粘合剂膜，

其中通过所述电极浆料的加热和干燥降低了所述粘合剂膜的粘附力，使得可以在剥离和回收过程中从所述电极集流体片材上去除所述粘合剂膜，并且随着所述粘合剂膜的去除，暴露出所述电极集流体片材的表面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述电极浆料的加热和干燥过程中，通过加热降低了所述粘合剂膜的粘附力。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘合剂膜包括通过加热而体积膨胀的填料。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述填料在80℃或更高的温度下膨胀。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述填料在100℃与200℃之间的温度下膨胀。

6.根据权利要求1所述的方法，其中通过吸附所述粘合剂膜将所述粘合剂膜从所述电极集流体片材的表面剥离。

7.根据权利要求6所述的方法，其中通过使用真空吸附装置真空吸附所述粘合剂膜来剥离所述粘合剂膜。

8.根据权利要求6所述的方法，其中通过将所述粘合剂膜吸附到外周附着有胶带的粘合辊上来剥离所述粘合剂膜。

9.根据权利要求6所述的方法，其中通过在沿着所述电极集流体片材的上表面移动的同时吸附所述电极集流体片材来剥离所述粘合剂膜。

10.根据权利要求1所述的方法，其中在去除所述粘合剂膜之后，将所述电极集流体片材的表面压平。

11.根据权利要求1所述的方法，其中通过调整所述粘合剂膜的数量、尺寸和形状、以及所述粘合剂膜的附着位置的至少一者来调整所述电极集流体片材上的图案。

12.一种用于二次电池的电极板，所述电极板包括电极集流体片材，所述电极集流体片材包括位于所述电极集流体片材上的在至少一个涂覆部上涂覆有电极浆料的至少一个涂覆部和在至少一个未涂覆部上未涂覆所述电极浆料的至少一个未涂覆部，

其中所述未涂覆部沿着所述电极集流体片材的长度方向以规则的间隔定位，多个未涂覆部形成为沿着所述电极集流体片材的宽度方向彼此间隔开，并且所述未涂覆部之外的部分上形成有涂覆有电极浆料的涂覆部。

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