CN117836987A

CN117836987A - 卷筒型电极体

Info

Publication number: CN117836987A
Application number: CN202280052204.2A
Authority: CN
Inventors: 徐相珍; 李濬佑; 安昶范; 张荣哲; 郑在俸
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2022-10-19
Publication date: 2024-04-05

Abstract

本申请提供卷筒型电极体、该卷筒型电极体的制造方法以及使用该卷筒型电极体的工艺(二次电池的制造方法)。根据本发明，可以提供一种能够减少在传统制造工艺中产生的损失并且有助于提高产量和生产率的卷筒型电极体、该卷筒型电极体的制造方法以及使用该卷筒型电极体的二次电池的制造方法。

Description

卷筒型电极体

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年10月19日提交的韩国专利申请第10-2021-0139078号和于2022年10月18日提交的韩国专利申请第10-2022-0134010号的优先权，所述韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请涉及卷筒型电极体、该卷筒型电极体的制造方法以及使用该卷筒型电极体的工艺。

背景技术

储能技术的应用范围除了移动设备、摄像机、笔记本电脑等之外还扩展到汽车等，并且储能技术的一个研究领域是可充放电的二次电池。

应用于二次电池的电极组件基本上包括这样的结构，其中具有集流器和活性材料层的堆叠结构的正极和负极堆叠起来，隔膜插在正极和负极之间。

可以在将卷绕成卷筒状的电极展开的同时进行二次电池的制造工艺，具体地，所谓的卷对卷制造工艺。

图1示出了应用于上述工艺的卷筒型电极的制造过程。如图1所示，电极100卷绕成卷筒状，电极的预定部分1001通过胶带200固定，以保持电极100的卷绕形状。另外，贴附附加的双面胶带300，用于在工艺中与其他卷筒连接。

为了进行工艺，图2公开了其中图1所示的卷筒型电极体展开并通过双面胶带300连接至另一元件400的形式。如图2所示，当图1的卷筒型电极体展开时，为了将电极体固定为卷筒状而贴附的胶带200的痕迹2001残留。由于残留痕迹2001的部分不能被使用，所以图2中虚线内箭头所示的部分被丢弃(要丢弃的部分D)，因此，至少卷绕一次的部分成为损失。

发明内容

[技术问题]

本申请涉及卷筒型电极体、该卷筒型电极体的制造方法以及使用该卷筒型电极体的工艺(二次电池的制造方法)。本申请旨在提供一种能够减少现有工艺产生的损失并有助于提高产量和生产率的卷筒型电极体、该卷筒型电极体的制造方法以及使用卷筒型电极体的二次电池的制造方法。

[技术方案]

本申请涉及卷筒型电极体。

卷筒型电极体可包括：卷绕成卷筒状的电极；和在卷绕成卷筒状的电极的外侧卷绕的聚合物膜或片。

在卷筒型电极体中，电极可包括集流器和形成在集流器的至少一个表面上的电极活性材料层。

卷筒型电极体还可包括被配置为将卷绕成卷筒状的电极与聚合物膜或片贴附的双面压敏胶带或胶带。所述双面压敏胶带或胶带可贴附至电极的至少一端。

卷筒型电极体还可包括贴附到聚合物膜或片以维持聚合物膜或片的卷绕状态的胶带。胶带可贴附到聚合物膜或片的一端和任何其他部分，或者贴附到聚合物膜或片的一端和另一端。即，当聚合物膜或片卷绕，然后聚合物膜或片的两端在该状态下彼此接触时，胶带可以在贴附至聚合物膜或片的一端和另一端的同时，固定聚合物膜或片的卷绕状态。此外，当聚合物膜或片卷绕，然后聚合物膜或片的两端在该状态下彼此不接触并且一端卷绕在另一端上时，胶带可以在贴附至聚合物膜或片的一端和任何其他部分的同时，固定聚合物膜或片的卷绕状态。

卷筒型电极体还可包括贴附到聚合物膜或片的附加的双面压敏胶带或胶带。所述胶带可贴附到聚合物膜或片的与面对卷绕成卷筒状的电极的表面相反的表面。

本申请涉及一种卷筒型电极体的制造方法，包括：贴附电极和聚合物膜或片；将电极卷绕成卷筒状；和将聚合物膜或片卷绕在卷绕成卷筒状的电极上。在该方法中执行操作的顺序没有特别限制，只要制造出目标卷筒型电极体即可。例如，可以在首先将电极卷绕成卷筒状之后将聚合物膜或片贴附至电极，也可以在贴附之后进行卷绕处理。

电极与聚合物膜或片的贴附可使用双面压敏胶带或胶带进行。

所述制造方法还可以包括使用胶带固定卷绕在电极上的聚合物膜或片的卷绕形状。

卷筒型电极体的制造方法还可以包括将双面压敏胶带或胶带贴附至聚合物膜或片。双面压敏胶带或胶带可贴附至聚合物膜或片的与面向卷绕成卷筒状的电极的表面相反的表面。

本申请还涉及一种使用卷筒型电极体的二次电池的制造方法，所述方法可包括在将卷筒型电极体的卷绕成卷筒状的电极展开的同时将电极应用于工艺。

当卷筒型电极体还包括用于贴附电极与聚合物膜或片的双面压敏胶带或胶带时，所述方法还可以包括去除电极的贴附有双面压敏胶带或胶带的部分。

进一步，在所述方法中，卷筒型电极体可进一步包括双面压敏胶带或胶带，其贴附于聚合物膜或片的与面向卷绕成卷筒状的电极的表面相反的表面，并且相应地，所述方法可以进一步包括将电极与另一元件连接。双面压敏胶带或胶带可贴附于聚合物膜或片的与面向卷绕成卷筒状的电极的表面相反的表面。

二次电池的制造方法可以以卷对卷工艺执行。

[有益效果]

本申请提供卷筒型电极体、该卷筒型电极体的制造方法以及使用该卷筒型电极体的工艺(二次电池的制造方法)。本申请可以提供能够减少由现有工艺产生的损失并有助于提高产量和生产率的卷筒型电极体、该卷筒型电极体的制造方法以及使用该卷筒型电极体的二次电池的制造方法。

附图说明

图1和图2是用于说明现有技术的卷筒型电极体的视图。

图3是示出本申请的电极体的视图。

图4是用于说明电极、聚合物膜等的一端和另一端的视图。

图5和图6是示出本申请的电极体的制造过程的视图。

图7是示出将本申请的电极体应用于工艺的形式的视图。

[附图标记]

100：电极

1001：胶带的贴附部分

200、300、301、302：胶带

2001：胶带的贴附痕迹

400：另一元件

500：聚合物膜或片

5000：电极、聚合物膜或聚合物片

D：要丢弃的部分

具体实施方式

在本说明书中，术语“电极体”可以指包括下面描述的电极、聚合物膜或聚合物片的产品，或者其中两个或更多个电极直接连接或者两个或更多个电极通过聚合物膜或聚合物片连接的产品。

图3是示出本申请的卷筒型电极体的概念图。

如图3所示，卷筒型电极体可包括卷绕成卷筒状的电极100和在卷绕成卷筒状的电极100外侧卷绕的聚合物膜或片500(其在下文中可称为聚合物膜等)。

卷筒型电极体还可包括双面压敏胶带或胶带301，其贴附卷绕成卷筒状的电极100和聚合物膜等500。

双面压敏胶带301可以贴附到电极100一端的表面和聚合物膜等500的内表面。

在本说明书中，如图4所示，电极或聚合物膜等的一端例如是从电极或聚合物膜等5000的一个端部E1至电极或聚合物膜等的整个长度L的0.4倍长度(0.4L)的区域(图4中从E1到0.4L点的区域)，从E1至0.3倍长度(0.3L)的区域(图4中从E1到0.3L点的区域)，从E1至0.2倍长度(0.2L)的区域(图4中从E1到0.2L点的区域)，或者从E1至0.1倍长度(0.1L)的区域(图4中从E1到0.1L点的区域)。图4是电极或聚合物膜等5000的侧表面的视图。

另外，在本说明书中，当同时提及电极或聚合物膜等的一端和另一端时，一端是电极或聚合物膜等的一端，另一端是与这一端相反的另一端。例如，参见图4，图4中从E1到0.4L点的区域、从E1到0.3L点的区域、从E1到0.2L点的区域、或者从E1到0.1L点的区域为一端，图4中从E2到0.4L点的区域、从E2到0.3L点的区域、从E2到0.2L点的区域、或者从E2到0.1L点的区域为另一端。

在本说明书中，参照图3，在聚合物膜等中，内表面可以是聚合物膜等500的面向电极100的表面，外表面可以是聚合物膜等500的与所述面向电极100的表面相反的表面。

卷筒型电极体还可以包括贴附到卷绕的聚合物膜等500的至少一端的表面以固定卷绕形状的胶带200。

胶带200可贴附到聚合物膜等500的外表面。

胶带200可以贴附到卷绕的聚合物膜或片500的两端的外表面以固定卷绕形状，或者可以在贴附聚合物膜或片500的一端的外表面和任何其他部分的外表面的同时固定卷绕形状。即，当聚合物膜或片500的两端在聚合物膜或片500卷绕的状态下彼此接触时(图3中的形式)，胶带在贴附到聚合物膜或片的一端和另一端的外表面的同时固定卷绕状态。此外，当聚合物膜或片卷绕并且聚合物膜或片的两端彼此不接触而一端卷绕在另一端之上时，胶带在贴附到膜或片的一端和任何其他部分的外表面的同时固定卷绕状态。由于固定卷绕状态的胶带200不需要是双面压敏胶带，因此胶带200可以是单面压敏胶带。

如上所述，胶带200贴附到聚合物膜等500的外表面，而不贴附到电极100。因此，胶带200的痕迹不会留在电极上。

卷筒型电极体可以包括贴附到聚合物膜等500上的附加的双面压敏胶带或胶带302。在卷筒型电极体中，压敏胶带302可以形成在聚合物膜等500的与面对卷绕成卷筒状的电极100的表面相反的表面(即，外表面)上。胶带302可以用于在工艺中连接卷筒型电极体和另一卷筒，或者连接卷筒型电极体和另一元件。附加的双面压敏胶带302贴附到聚合物膜等500的外表面，并且不贴附到电极100。因此，在电极上不会留下胶带302的痕迹。

电极100可以是例如二次电池中使用的负极或正极。例如，电极可以至少包括集流器和形成在集流器的一个表面或两个表面上的电极活性材料层。

图5和图6是示出图3所示的卷筒型电极体的制造过程的视图。然而，下面描述的过程是用于制造本申请的卷筒型电极体的一个示例，除了下面描述的过程之外，也可以应用其他适当的方法来制造本申请的卷筒型电极体。

如图5所示，为了制造卷筒型电极体，首先，将电极100的一端和聚合物片或膜500的一端贴附并连接。在这种情况下，进行贴附的方法没有特别限制，例如可以使用双面压敏胶带或胶带301来进行贴附。

随后，如图6所示，电极100卷绕成卷筒状。另外，通过将聚合物片或膜500卷绕在卷绕的电极100上，可以制造图3所示的卷筒型电极体。

如图3所示，根据需要，可以使用压敏胶带或胶带200来固定聚合物片或膜500的卷绕形状。

在制造电极体的过程中，根据需要，还可以在聚合物膜或片500上形成双面压敏胶带302。在卷筒型电极体中，胶带302可以贴附到聚合物膜或片500的与面对卷绕成卷筒状的电极100的表面相反的表面。

图7示出作为执行工艺的过程中的一种形式，在具有图3所示形式的卷筒型电极体展开时，通过双面压敏胶带302将电极体与另一元件400(例如，另一电极等)连接的形式。如图所示，当应用本申请的电极体时，即使当卷绕成卷筒状的电极100展开时，贴附用于保持电极100的卷筒形状的压敏胶带200的痕迹2001也没有形成在电极100上，而是形成在聚合物膜或片500上。因此，在这种情况下，只有为了与聚合物膜或片500连接而贴附到电极100的双面胶带301所存在的部分(图中由虚线内的箭头指示的要丢弃的部分D)需要被丢弃。因此，当应用本申请的电极体时，与现有工艺相比，在工艺期间产生的损失显著减少，并且二次电池的制造工艺可以以相对优异的产量和生产率进行。

如上所述，本申请涉及一种在执行工艺的过程中在展开卷筒型电极体时形成的电极体，具体地，涉及另一元件(图7中的400)是电极的电极体。

如图7所示，电极体可以包括第一电极100、聚合物膜等500以及第二电极400。

第一电极100和上述聚合物膜等500可以通过双面压敏胶带或胶带301(在下文中，称为第一压敏胶带或胶带)彼此连接，第二电极400和聚合物膜等500可以通过双面压敏胶带或胶带302(在下文中，称为第二压敏胶带或胶带)彼此连接。

在上文中，第一双面压敏胶带301可以贴附到第一电极100的一端的表面和聚合物膜等500的一端的内表面。

此外，第二双面压敏胶带302可以贴附到第二电极400的一端的表面和聚合物膜等500的另一端的外表面。

应用于本申请的卷筒型电极体的构造没有特别限制，并且可以适当地应用已知的材料。

例如，由不锈钢(即，用铝、镍、钛、烘焙碳、铜、碳、镍、钛或银表面处理的不锈钢)、铝镉合金等形成的作为已知集流器的膜、片或箔可以用作构成电极的集流器。可以对集流器进行已知的处理，例如表面处理。

集流器的厚度、形状等没有特别限定，可以从已知的范围中选择适当的类型。

对形成在集流器的一个表面或两个表面上的电极活性材料层的类型没有特别限制，并且可以使用至少包含作为已知材料的电极活性材料和粘合剂的层。

作为粘合剂，可以使用任何已知的材料，并且可以使用已知有助于活性材料层中的活性材料等成分的粘合、活性材料层与集流器的粘合的已知成分。从聚偏氟乙烯(PVDF)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、氟橡胶以及其他已知的粘合剂中选择的一种或两种以上的组合可用作适用的粘合剂。

活性材料层中包含的电极活性材料可以是正极活性材料或负极活性材料，具体的类型没有特别限定。例如，包括LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄、LiCoPO₄、LiFePO₄、LiNiMnCoO₂、LiNi_1-x-yzCo_xM1_yM2_zO₂(M1和M2各自为从Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo中独立选择的任一种，并且x、y和z各自独立地为氧化物组成元素的原子分数并且满足0≤x＜0.5、0≤y＜0.5、0≤z＜0.5、以及0＜x+y+z≤1)等的活性材料可以用作正极活性材料；并且包括天然石墨、人造石墨或碳质材料，含锂钛复合氧化物(LTO)、Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni、Fe等金属(Me)，由金属(Me)组成的合金，金属(Me)的氧化物(MeOx)，金属(Me)和碳的复合物等的活性材料可以用作负极活性材料。

例如，基于100重量份的粘合剂，活性材料层中的活性材料可以在1000至10000重量份的范围内。在其他实例中，该比例可以是1500重量份以上、2000重量份以上、2500重量份以上、3000重量份以上、3500重量份以上、4000重量份以上、或4500重量份以上、或9500重量份以下、9000重量份以下、8500重量份以下、8000重量份以下、7500重量份以下、7000重量份以下、6500重量份以下、6000重量份以下、5500重量份以下、5000重量份以下、4500重量份以下、4000重量份以下、3500重量份以下、3000重量份以下、或2500重量份以下。

活性材料层除了上述成分以外，还可以含有其他必要的成分。例如，活性材料层还可以包含导电材料。任何显示出导电性而不引起集流器和电极活性材料的化学变化的已知组分都可以用作导电材料，而没有限制。例如，选自以下的一种或两种以上的混合物可以用作导电材料：石墨，例如天然石墨、人造石墨等；炭黑，例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、夏黑等；导电纤维，例如碳纤维、金属纤维等；金属粉末，例如氟化碳、铝、镍粉等；氧化锌；导电晶须，例如钛酸钾等；以及导电性金属氧化物系聚亚苯基衍生物，例如氧化钛等。

导电材料的含量根据需要进行控制并且没有特别限制，但通常可以基于100重量份的活性材料，以0.1至20重量份或0.3至12重量份的适当比例包含导电材料。考虑电池的循环寿命等来确定适当水平的导电材料含量的方法是已知的。

除了上述成分以外，活性材料层还可以含有必要的其他已知成分，例如增稠剂等，如羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素等。

活性材料层的厚度没有具体限制，并且考虑到期望的性能，可以将其控制为具有适当水平的厚度。

例如，活性材料层的厚度可以在约10μm至500μm的范围内。在其他实例中，厚度可以为约30μm以上、50μm以上、70μm以上、90μm以上、或100μm以上、或约450μm以下、400μm以下、350μm以下、300μm以下、250μm以下、200μm以下、或者150μm以下。

活性材料层可以形成为具有恒定水平的孔隙率。孔隙率通常通过电极制造过程中的压延来控制。活性材料层的孔隙率可以为大约35％以下。孔隙率可以另外调节在33％以下、31％以下、29％以下、或27％以下和/或5％以上、7％以上、9％以上、11％以上、13％以上、15％以上、17％以上、19％以上、21％以上、23％以上、或25％以上。

例如，可以通过将包含活性材料等的浆料涂布在集流器上，然后进行干燥和压延工艺等来制造电极。浆料可以包含活性材料、粘合剂等以及溶剂。

将浆料涂布在集流器表面上的方法没有特别限制，并且可以应用已知的涂布方法，例如旋涂、逗点涂布、棒涂等方法。

任何已知的聚合物膜或片可以用作应用于卷筒型电极体的聚合物膜或片，而没有具体限制。例如，可以应用已知的膜，如聚碳酸酯膜或片；聚酯膜，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜或片；聚烯烃膜或片，如聚乙烯或聚丙烯膜或片；丙烯酸类聚合物膜或片，如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膜或片等。

对膜或片的厚度没有具体限制。

另外，作为所应用的双面或单面压敏胶带，可以选择并使用已知的适当的压敏胶带。

Claims

1.一种卷筒型电极体，包括：

卷绕成卷筒状的电极；和

在卷绕成卷筒状的电极的外侧卷绕的聚合物膜或片。

2.根据权利要求1所述的卷筒型电极体，其中所述电极包括集流器和形成在集流器的至少一个表面上的电极活性材料层。

3.根据权利要求1或2所述的卷筒型电极体，还包括用于将卷绕成卷筒状的电极与聚合物膜或片贴附的双面压敏胶带或胶带。

4.根据权利要求3所述的卷筒型电极体，其中所述双面压敏胶带或胶带将电极的一端的表面和聚合物膜或片的内表面贴附。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的卷筒型电极体，还包括贴附到聚合物膜或片以维持聚合物膜或片的卷绕状态的压敏胶带或胶带。

6.根据权利要求5所述的卷筒型电极体，其中所述压敏胶带或胶带贴附到聚合物膜或片的外表面，并且不贴附到电极。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的卷筒型电极体，还包括贴附到聚合物膜或片的外表面的双面压敏胶带或胶带。

8.根据权利要求7所述的卷筒型电极体，其中贴附到聚合物膜或片的外表面的双面压敏胶带或胶带不贴附到电极。

9.一种卷筒型电极体的制造方法，包括：

贴附电极和聚合物膜或片；

将电极卷绕成卷筒状；和

将聚合物膜或片卷绕在卷绕成卷筒状的电极上。

10.根据权利要求9所述的制造方法，其中所述电极与聚合物膜或片的贴附通过双面压敏胶带或胶带进行。

11.根据权利要求9或10所述的制造方法，还包括使用胶带固定卷绕在电极上的聚合物膜或片的卷绕形状。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的制造方法，还包括将双面压敏胶带或胶带贴附至聚合物膜或片的与面向卷绕成卷筒状的电极的表面相反的表面。

13.一种电极体，包括：

第一电极；

聚合物膜或片；和

第二电极，

其中所述第一电极和聚合物膜或片通过第一双面压敏胶带或胶带连接，所述第一双面压敏胶带或胶带贴附于第一电极一端的表面和聚合物膜或片一端的内表面，

其中所述第二电极和聚合物膜或片通过双面压敏胶带或胶带连接，所述双面压敏胶带或胶带贴附于第二电极一端的表面和聚合物膜或片另一端的外表面。

14.一种使用权利要求1所述的卷筒型电极体的二次电池的制造方法，包括在将卷绕成卷筒状的电极展开的同时将所述电极应用于工艺。

15.根据权利要求14所述的制造方法，其中：

所述卷筒型电极体还包括用于贴附电极与聚合物膜或片的双面压敏胶带或胶带；

所述电极的贴附有所述双面压敏胶带或胶带的部分被去除。

16.根据权利要求14或15所述的制造方法，其中：

所述卷筒型电极体还包括贴附于聚合物膜或片的与面向卷绕成卷筒状的电极的表面相反的表面的双面压敏胶带或胶带；

所述电极通过所述双面压敏胶带或胶带与另一元件连接。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的制造方法为卷对卷工艺。