CN117480627A

CN117480627A - 电极及其制备方法

Info

Publication number: CN117480627A
Application number: CN202280042234.5A
Authority: CN
Inventors: 李瑞埈; 李效晋; 金台洙; 李赫洙
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2021-07-08
Filing date: 2022-07-07
Publication date: 2024-01-30
Also published as: KR20230008975A; JP2024520732A; EP4333090A1; WO2023282666A1

Abstract

本发明提供一种电极的制备方法和一种电极，所述方法包括：(a)将集电体表面分划分为活性材料层叠部和活性材料未层叠部，并且将遮蔽胶带贴附到活性材料未层叠部；(b)在贴附有遮蔽胶带的集电体上层叠活性材料层；(c)沿着在下方的遮蔽胶带与活性材料之间的边界在活性材料层的上表面上形成切割槽；以及(d)沿着切割槽去除遮蔽胶带以形成活性材料未层叠部，在该电极中，以直角形状形成活性材料层的上表面与形成该活性材料层的厚度的侧壁表面相交的角部。

Description

电极及其制备方法

技术领域

本申请要求基于2021年7月8日提交的韩国专利申请第10-2021-0089425号的优先权的权益，其全部内容通过引用并入本文。

本发明涉及一种电极及其制备方法，具体地，涉及一种电极以及该电极的制备方法，在该电极中，以直角形状形成活性材料层的上表面与形成该活性材料层的厚度的侧壁表面相交的角部。

背景技术

随着对移动设备、电动车辆等的需求增加，对二次电池的需求也迅速增加。特别地，在二次电池中的具有高能量密度和电压的锂二次电池已经被商业化并被广泛使用。

锂二次电池具有如下结构：包含锂盐的电解质浸渍于电极组件中，在电极组件的电极之间设置有多孔隔板，并且活性材料涂布在集电体(即，正极和负极)上。通过如下方式制备电极：在经过将活性材料、粘合剂和导体混合/分散到溶剂中以制备浆料的混合工序、在薄膜型集电体上涂布活性材料浆料并干燥所得物的涂布工序、以及用于增加以涂布工序完成的电极的容量密度并且增加集电体与活性材料之间的粘附性的压制工序之后，在集电体上形成活性材料层。

众所周知，在将活性材料浆料涂覆在集电体上时，如图2所示，形成牵引线和/或岛，使得难以在活性材料层的端部形成均匀的表面。此外，如图3所示，在活性材料层的边缘处形成活性材料层的厚度逐渐减小的滑动部分，导致活性材料层的容量减小的问题。此外，当在集电体的两个表面涂覆浆料时，如图3所示，发生涂覆在上表面和下表面上的浆料的位置没有匹配的不匹配。这种不匹配使活性材料层当面对正极/负极时的位置错位，这种错位部分降低了充放电效率。特别地，不匹配部分可能导致锂在负极表面析出，并且在长时间发生这种锂析出时，会出现电池容量下降。

因此，需要能够均匀地形成活性材料层的端部并且防止形成滑动部分和/或不匹配部分的方法。

[现有技术文献]

日本特许专利公开第2000-251942号

发明内容

技术问题

本发明被设计为用于解决现有技术的此类问题。

并且，本发明旨在提供一种电极的制备方法，其能够均匀地形成活性材料层的端部，并防止形成滑动部分和/或不匹配部分。

此外，本发明还旨在提供一种电极的制备方法，其能够以直角形状形成活性材料层的上表面与形成活性材料层的厚度的侧壁表面相交的角部。

此外，本发明还旨在提供一种电极，其能够通过以直角形状形成活性材料层的上表面与形成活性材料层的厚度的侧壁表面相交的角部而提高电池容量。

技术方案

为实现上述目的，本发明提供一种电极的制备方法，包括：

(a)将集电体表面划分为活性材料层叠部和活性材料未层叠部，并且将遮蔽胶带贴附到活性材料未层叠部；

(b)在贴附有遮蔽胶带的集电体上层叠活性材料层；

(c)沿着在下方的遮蔽胶带与活性材料之间的边界在活性材料层的上表面上形成切割槽；以及

(d)沿着切割槽去除遮蔽胶带以形成活性材料未层叠部。

此外，本发明提供了：

一种使用本发明的制备方法制备的电极，包括集电体和层叠在集电体的一个表面或两个表面上的活性材料层，

其中，与活性材料未层叠部相邻且活性材料层的上表面与形成活性材料层的厚度的侧壁表面相交的角部包括切割槽的局部形状。

有益效果

本发明的电极制备方法对于均匀地形成活性材料层的端部并且防止形成滑动部分和/或不匹配部分是有效的。

此外，本发明提供一种能够以直角形状形成活性材料层的上表面与形成活性材料层的厚度的侧壁表面相交的角部的方法。

此外，本发明的电极通过以直角形状形成活性材料层的上表面与形成活性材料层的厚度的侧壁表面相交的角部而有效地提高了电池容量。

附图说明

图1是示意性地示出现有技术的电极的形成方法的图，

图2是示出根据现有技术的当在集电体上涂覆活性材料时发生问题的图，

图3是示意性地示出根据现有技术的当在集电体上涂覆活性材料时产生的滑动部分和不匹配部分的图，

图4至图6是分别示出本发明的电极的制备方法的一个实施例的图，以及

图7和图8是分别示出在本发明的电极的制备方法中通过卷对卷工艺附接遮蔽胶带(masking tape)的一个实施例的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图对本发明的实施例进行详细描述，使得本领域技术人员能够容易地实施本发明。然而，本发明可以以各种不同的形式来实施并且不限于本文所描述的实施例。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的部分。

本发明的电极的制备方法包括：

(b)在贴附有遮蔽胶带的集电体上层叠活性材料层；

(d)沿着切割槽去除遮蔽胶带以形成活性材料未层叠部。

在以上描述中，活性材料未层叠部也被称为“非涂布部”，并且指形成有电极片的部分。

现有的电极制备方法也公开了使用遮蔽胶带的技术，但缺点是当在层叠活性材料后去除遮蔽胶带时，活性材料层的切割部不能形成均匀的表面。换言之，形成活性材料层的活性材料浆料含有活性材料颗粒、导电体颗粒、粘合剂等，并且由于这些物质在去除遮蔽胶带时通过粘合剂结合而形成各种尺寸的聚集体(块)，从而当通过去除遮蔽胶带而物理切割遮蔽胶带的上表面上的活性材料时，难以形成活性材料层的均匀的横截面。

本发明的发明人为了改善现有技术的这些缺点进行了大量的努力，并且发现当如图4所示，沿着在下方的遮蔽胶带20与活性材料30之间的边界在活性材料层的上表面上形成切割槽40，显著改善了这些问题，并且完成本发明。

在本发明的一个实施例中，可以使用本领域已知的物质作为遮蔽胶带20。优选地，可以使用压敏胶带作为遮蔽胶带，并且压敏胶带可以包括薄膜基板24和形成在薄膜基板的一个表面上的压敏粘合层22。在这种情况下，压敏粘合层22对集电体10的粘合强度需要比压敏粘合层22对薄膜基板24的粘合强度弱，并且由于压敏粘合带被去除而不残留在集电体上，因此粘合强度的这种差异是优选的。

在本发明的一个实施例中，步骤(c)中的切割槽可以使用诸如刀的本领域已知的手段形成，特别地，优选地使用激光形成。这是由于以下事实：当使用刀等时，难以均匀地形成切割槽的槽表面，由于在槽形成工序期间去除的活性材料碎片而使操作变得不便，并且活性材料层的品质可能会受损。

切割槽的形状没有特别限制，可以是字母U状形状、V状形状等。在这种情况下，字母U状形状切割槽可以具有底表面和壁表面形成为彼此垂直的形状。

切割槽可以形成为具有10μm至200μm的宽度和10μm至200μm的深度，然而，需要根据活性材料层厚度和遮蔽胶带厚度而不同地形成切割槽尺寸，并且不限于上述范围。

可以使用本领域已知的激光装置作为产生激光的激光装置。如图5所示，激光装置可以形成为包括激光源发生器、传输镜(delivery mirror)、激光束宽度控制器、扫描仪单元等，并且扫描仪可以包括电流镜(Galvano mirror)、θ透镜等。激光源发生器例如可以是IR光纤激光源发生器，并且激光波长可以为1000nm至1100nm，优选为1060nm至1080nm，而不限于此。

在本发明的一个实施例中，可以在向切割槽形成部位供应水分之后使用激光来形成切割槽。在不供应水分的情况下使用激光形成切割槽不是优选的，这是因为会出现由激光(发热影响区)的热量引起的活性材料劣化的问题。因此，在本发明中，在通过激光形成切割槽之前预先供应水分，然后施加激光。供应水分的方法没有具体限定，例如，可以通过使用喷雾装置等向活性材料喷水来供应水分。

例如，优选地，在施加激光之前供应水分5秒至30秒。这是因为在施加激光之前需要充足的时间将水分供应到活性材料中。然而，由于吸湿程度根据活性材料的组成而变化，从而时间不限于上述范围。

在本发明的一个实施例中，可以通过将活性材料涂布在活性材料层叠部以及涂布在遮蔽胶带上部的部分或全部上来实现层叠活性材料层的步骤(b)。此外，层叠活性材料的步骤还可以包括在涂布活性材料之后压制被涂布的活性材料。可以使用本领域已知的方法实施活性材料涂布步骤和压制步骤。

在本发明的一个实施例中，如图4所示，步骤(c)中的切割槽优选地围绕遮蔽胶带与活性材料的边界形成在活性材料的位于遮蔽胶带上的一侧。由于如图6所示，在去除遮蔽胶带之后，剩余的活性材料层的横截面可以形成为接近直角，从而形成在上述位置上的切割槽可以有利于确保电池容量。

在本发明的一个实施例中，如图7和图8所示，可以通过卷对卷工艺实现步骤(a)至(d)中的贴附遮蔽胶带。在这种情况下，在图7和图8中，遮蔽胶带可以包括薄膜基板和压敏粘合层(PSA)，并且离型膜可以进一步贴附到压敏粘合层。可以在将遮蔽胶带粘附到集电体之前的步骤中去除离型膜。

如上所述贴附遮蔽胶带之后，可以通过普通的卷对卷工艺将活性材料层叠在未贴附遮蔽胶带的集电体上，或层叠在集电体的贴附有遮蔽胶带的部分上和未贴附遮蔽胶带的集电体上。

可以使用本领域已知方法来实施卷对卷工艺。

另外，本发明涉及一种使用本发明的制备方法制备的电极，包括：

集电体和层叠在集电体的一个表面或两个表面上的活性材料层，

其中，与活性材料未层叠部相邻且活性材料层的上表面与形成活性材料层的厚度的侧壁表面相交的角部包括切割槽的局部形状，如图6所示。

活性材料层的上表面与形成活性材料层的厚度的侧壁表面相交的角部包括切割槽的局部形状，从而以直角形状形成。

直角形状包括基本直角形状和遵循严格标准的直角。特别地，形成活性材料层的厚度的侧壁表面可以是在形成电极片的方向上的侧壁表面。

另外，在本发明的一个实施例中，可以使用本发明的电极制备方法来形成电极。

在本发明中，集电体是正极集电体或负极集电体，并且可以使用本领域已知的集电体而没有限制。例如，用铜、铝、金、镍、铜合金或其组合制备的箔可以用作集电体。

此外，活性材料层可以是正极活性材料层或负极活性材料层。活性材料层可以形成为包含正极活性材料或负极活性材料以及粘合剂的活性材料浆料，活性材料浆料还可以包含导电材料，并且根据需要还可以进一步包含分散剂。

可以使用本领域已知的组分作为正极活性材料、负极活性材料、粘合剂和导电材料，而没有限制。

正极活性材料例如可以是锂锰氧化物，锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂铁氧化物、作为三组分正极材料的LiNi_xMn_yCo_zO₂(NMC)、通过将上述材料组合得到的锂复合氧化物等。在锂-硫电池中，可以包括硫-碳复合物作为正极活性材料。

负极活性材料例如可以是LiTi₂(PO₄)₃、Li₃V₂(PO₄)₃、LiVP₂O₇、LiFeP₂O₇、LiVPO₄F、LiVPO₄O、LiFeSO₄等。负极活性材料的表面上可以形成有碳涂层。

导体例如可以是：炭黑，例如超级P(Super-P)、电化黑(denka black)、乙炔黑(acetylene black)、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂炭黑或炭黑；碳衍生物，例如碳纳米管或富勒烯；导电纤维，例如碳纤维或金属纤维；碳氟化合物、铝、诸如镍粉的金属粉末；或导电聚合物，例如聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔或聚吡咯等。

电极可以是正极或者是负极，其制备方法没有具体限定，并且可以根据本领域公知的方法以正极活性材料或负极活性材料结合到集电体的形式来制备电极。

电极可以用于二次电池，例如可以用于锂离子二次电池。

尽管结合上述优选实施例描述了本发明，

但在不脱离本发明的主旨和范围的情况下，可以进行各种变化和修改。因此，所附权利要求涵盖了这些变化和修改，只要这些变化和修改落入本发明的主旨内。

[附图标记说明]

10：集电体 20：遮蔽胶带

22：压敏粘合层 24：薄膜基板

30：活性材料 40：切割槽

Claims

1.一种电极的制备方法，包括：

(a)将集电体表面分划分为活性材料层叠部和活性材料未层叠部，并且将遮蔽胶带贴附到所述活性材料未层叠部；

(b)在贴附有所述遮蔽胶带的集电体上层叠活性材料层；

(c)沿着在下方的所述遮蔽胶带与所述活性材料之间的边界在所述活性材料层的上表面上形成切割槽；以及

(d)沿着所述切割槽去除所述遮蔽胶带以形成所述活性材料未层叠部。

2.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其中，使用激光来形成步骤(c)中的所述切割槽。

3.根据权利要求2所述的电极的制备方法，其中，在向切割槽形成部位供应水分之后，使用激光形成所述切割槽。

4.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其中，步骤(b)包括活性材料的涂布和压制。

5.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其中，步骤(c)中的所述切割槽围绕所述遮蔽胶带与活性材料的边界线形成在所述活性材料的位于所述遮蔽胶带上的一侧。

6.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其中，所述遮蔽胶带是包括薄膜基板的压敏胶带，在所述薄膜基板的一个表面上形成有压敏粘合层。

7.根据权利要求1所述的电极的制备方法，其中，通过卷对卷工艺实现步骤(a)至步骤(d)。

8.一种使用权利要求1所述的方法制备的电极，所述电极包括集电体和层叠在所述集电体的一个表面或两个表面上的活性材料层，

其中，与所述活性材料未层叠部相邻且所述活性材料层的上表面与形成所述活性材料层的厚度的侧壁表面相交的角部包括所述切割槽的局部形状。

9.根据权利要求8所述的电极，其中，形成所述活性材料层的厚度的所述侧壁表面是在形成电极片的方向上的侧壁表面。

10.根据权利要求8所述的电极，其中，使用权利要求1的方法来制备所述电极。