ES3040600T3 - Electrode rolling apparatus and electrode rolling method - Google Patents

Electrode rolling apparatus and electrode rolling method

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ES3040600T3
ES3040600T3 ES21894973T ES21894973T ES3040600T3 ES 3040600 T3 ES3040600 T3 ES 3040600T3 ES 21894973 T ES21894973 T ES 21894973T ES 21894973 T ES21894973 T ES 21894973T ES 3040600 T3 ES3040600 T3 ES 3040600T3
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adhesive
laminating
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A Hae Jo
Jee Eun Kim
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LG Energy Solution Ltd
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Abstract

La presente invención se refiere a un aparato laminador de electrodos y a un método laminador de electrodos, comprendiendo el aparato laminador de electrodos: un par de rodillos laminadores a través de los cuales se lamina un electrodo; y una cinta adhesiva que se introduce entre los rodillos laminadores junto con el electrodo y se lamina junto con el electrodo, y se libera del electrodo después de la laminación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato de laminación de electrodos y método de laminación de electrodos
Sector de la técnica
La presente invención se refiere a un aparato de laminación de electrodos y a un método de laminación de electrodos.
Antecedentes de la invención
Recientemente, las baterías secundarias capaces de cargarse y descargarse se han utilizado ampliamente como fuentes de energía de dispositivos móviles inalámbricos. De forma adicional, la batería secundaria ha llamado la atención como fuente de energía de un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, etc., que se proponen como una solución para la contaminación del aire de los vehículos de gasolina y los vehículos diésel existentes que utilizan combustibles fósiles. Por lo tanto, los tipos de aplicaciones que utilizan la batería secundaria están actualmente muy diversificadas debido a las ventajas de la batería secundaria, y se espera que la batería secundaria se aplique a muchos campos y productos en el futuro.
Estas baterías secundarias pueden clasificarse en baterías de iones de litio, baterías de polímero de iones de litio, baterías de polímero de litio, etc., dependiendo de la composición del electrodo y del electrolito, y, entre ellas, aumenta el uso de baterías de polímero de iones de litio, menos propensas a las fugas de electrolito y fáciles de fabricar. En general, las baterías secundarias se clasifican en baterías cilíndricas y baterías prismáticas, en las que un conjunto de electrodos está incrustado en una petaca metálica cilíndrica o rectangular, en función de la forma de la carcasa de batería, y pilas de tipo bolsa, en las que el conjunto de electrodos está incrustado en una carcasa de tipo bolsa de una lámina de aluminio laminada. El conjunto de electrodos integrado en la carcasa de batería está compuesto por un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y es un elemento generador de energía capaz de cargarse y descargarse. El conjunto de electrodos se clasifica en un arrollamiento de tipojelly-rollcon un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, que tienen forma de lámina alargada y están recubiertos con materiales activos, y de tipo pila, en el que una pluralidad de electrodos positivos y electrodos negativos de un tamaño predeterminado se apilan secuencialmente mientras un separador se interpone entre ellos.
Dicho electrodo puede fabricarse por aplicación de una lechada de electrodo que contenga un material activo del electrodo y un disolvente sobre un colector de corriente para formar una capa de material activo del electrodo, seguido de secado y laminación.
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que muestra un aparato general de laminación de electrodos.
Haciendo referencia a la FIG. 1, un aparato de laminación de electrodos 1 incluye un par de rodillos de laminación 20. Además, el electrodo 10 tiene una estructura en la que se forma una capa de material activo del electrodo 12 en el colector de corriente 11, y el electrodo se inserta en un espacio entre los rodillos de laminación 20 para de este modo ser laminado.
En este momento, con el fin de aumentar la densidad energética del electrodo manteniendo constantemente su espesor, el electrodo debe comprimirse al máximo después de aumentar la cantidad de carga del electrodo. Sin embargo, en este caso, ya que las partículas que constituyen la capa de material activo del electrodo se agregan por compresión excesiva, la superficie del electrodo se vuelve lisa e hidrófoba, y a medida que el número de poros, a través de los que puede permeabilizarse la solución electrolítica, en la superficie del electrodo disminuye, disminuye la propiedad de impregnación de la solución electrolítica.
De igual manera, si una solución electrolítica no está suficientemente impregnada en el electrodo, se genera un volumen muerto del electrodo. En el caso del electrodo positivo, la desintercalación del litio no se realiza en el material activo en la porción en la que no se impregna la solución electrolítica, lo que provoca un desequilibrio de carga del electrodo y un defecto de baja tensión de la célula de la batería. En el caso del electrodo negativo, la precipitación de litio se produce en una parte en la que la solución electrolítica no está impregnada, y la seguridad de la célula se degrada.
Además, cuando se lamina el electrodo, los materiales activos del electrodo, etc. pueden adherirse a la superficie de los rodillos de laminación, y los materiales activos del electrodo pueden actuar posteriormente como contaminantes durante el proceso de laminación. Como tal, ya que es necesario un proceso separado de limpieza de los rodillos, el tiempo que se tarda en limpiar y la seguridad del trabajador pueden convertirse en un problema.
El documento JP 2019 125499 A divulga un aparato para laminar un electrodo cuyo electrodo está cubierto con una película protectora antes de la etapa de laminación.
Explicación de la invención
Problema técnico
Se cree que la presente invención resuelve al menos algunos de I<os>problemas anteriores. Por ejemplo, un aspecto de la presente invención proporciona un aparato de laminación de electrodos y un método de laminación de electrodos capaces de impedir la reducción de la propiedad de impregnación de una solución electrolítica de un electrodo debido a la compresión excesiva del electrodo y de impedir la contaminación de los rodillos de laminación durante el proceso de laminación.
Solución técnica
Un aparato para laminar un electrodo de la presente invención se define en el juego de reivindicaciones adjunto y el aparato incluye un par de rodillos de laminación proporcionados para laminar un electrodo; y una cinta adhesiva que se introduce en los rodillos de laminación junto con el electrodo y se lamina junto con el electrodo, y se separa a continuación del electrodo, en donde la cinta adhesiva incluye un sustrato y una capa adhesiva formada en una superficie del y en donde la capa adhesiva está formada en una superficie donde el sustrato entra en contacto con el electrodo.
En un ejemplo específico, el aparato puede incluir además: un rodillo desenrollador del que se desenrolla la cinta adhesiva; y un rodillo rebobinador que enrolla la cinta adhesiva insertada en los rodillos de laminación después de separar la cinta adhesiva del electrodo.
En otro ejemplo, la cinta adhesiva puede incluir además un material en partículas adherido a una superficie de una capa adhesiva.
En un ejemplo específico, el material en partículas puede ser un material inorgánico que contenga SiOx (0<x<2). Además, la presente invención proporciona un método de laminar un electrodo como se define en el conjunto de reivindicaciones adjunto. El método incluye: preparar un electrodo; insertar el electrodo y una cinta adhesiva en un par de rodillos de laminación para laminar de este modo el electrodo y la cinta adhesiva; y cambiar un estado superficial de una capa de material activo del electrodo separando la cinta adhesiva insertada en los rodillos de laminación del electrodo después de la etapa de laminación.
En un ejemplo específico, la cinta adhesiva puede incluir un sustrato y una capa adhesiva formada sobre una superficie del sustrato.
En un ejemplo específico, la capa adhesiva puede estar formada en una superficie donde el sustrato entra en contacto con el electrodo.
En un ejemplo específico, la cinta adhesiva puede incluir además un material en partículas adherido a una superficie de una capa adhesiva.
En un ejemplo específico, el material en partículas puede ser un material inorgánico que contenga SiOx (0<x<2). En este momento, el material en partículas puede transferirse a una superficie del electrodo a medida que la cinta adhesiva y el electrodo se laminan juntos.
Efectos ventajosos
Además, de acuerdo con el aparato y el método de laminación de electrodos de la presente invención, es posible perfeccionar la propiedad de impregnación para la solución electrolítica del electrodo cambiando el estado de la superficie del electrodo que tiene una estructura en la que los materiales activos del electrodo se han agregado en la superficie laminando la cinta adhesiva insertada junto con el electrodo al momento de laminar el electrodo.
Además, de acuerdo con el aparato y el método de laminación de electrodos de la presente invención, se puede evitar la contaminación de los rodillos de laminación laminando juntos el electrodo y la cinta adhesiva.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que muestra un aparato general de laminación de electrodos.
Las FIGS. 2 y 3 son diagramas esquemáticos que muestran un aparato de laminación de electrodos de acuerdo con una realización de la presente invención.
La FIG. 4 es un diagrama esquemático que muestra un aparato de laminación de electrodos de acuerdo con otra realización de la presente invención.
La FIG. 5 es un diagrama de flujo que ilustra un orden de un método de laminación de electrodos de acuerdo con la presente invención.
La FIG. 6 muestra fotografías de superficies de electrodos de acuerdo con Ios ejemplos y ejemplos comparativos después de dejar caer una solución electrolítica.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos. Los términos y palabras usados en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitados a términos ordinarios o de diccionario y el inventor puede definir adecuadamente el concepto de los términos para describir su invención de la mejor manera. Los términos y palabras deben interpretarse como significado y concepto de manera coherente con la idea técnica de la presente invención.
En esta solicitud, debe entenderse que términos como "incluyen" o "tienen" pretenden indicar que existe una característica, número, etapa, operación, componente, parte, o una combinación de los mismos, descritos en la memoria descriptiva, y no excluyen de antemano la posibilidad de la presencia o adición de una o más características o números, etapas, operaciones, componentes, partes, o combinaciones de los mismos. También, cuando una porción tal como una capa, una película, un área, una placa, etc. se designa como que se encuentra "sobre" otra porción, esto incluye no solo el caso en el que la porción está "directamente sobre" la otra porción, sino también el caso en el que se interpone otra porción adicional entre las mismas. Por otro lado, cuando una porción tal como una capa, una película, un área, una placa, etc. se designa como que se encuentra "debajo" de otra porción, esto incluye no solo el caso en el que la porción está "directamente debajo" de la otra porción, sino también el caso en el que se interpone otra porción adicional entre las mismas. De forma adicional, disponerse "sobre" en la presente solicitud puede incluir el caso de disponerse en la parte inferior así como en la parte superior.
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos.
Un aparato para laminar un electrodo de acuerdo con una realización de la presente invención puede incluir: un par de rodillos que laminan un electrodo; y una cinta adhesiva que se introduce en los rodillos de laminación junto con el electrodo y se lamina junto con el electrodo, y se separa a continuación del electrodo.
Como se ha descrito anteriormente, en el dispositivo y método de laminación convencionales, para aumentar la densidad de energía manteniendo constante el espesor del electrodo, el electrodo debe comprimirse al máximo después de aumentar la cantidad de carga del electrodo. En este caso, ya que las partículas que constituyen la capa de material activo del electrodo se agregan por compresión excesiva, la superficie del electrodo se vuelve lisa e hidrófoba, y a medida que el número de poros, a través de los que puede permeabilizarse la solución electrolítica, en la superficie del electrodo disminuye, disminuye la propiedad de impregnación de la solución electrolítica. Además, cuando se lamina el electrodo, los materiales activos del electrodo, etc. pueden adherirse a la superficie de los rodillos de laminación, y los materiales activos del electrodo pueden actuar posteriormente como contaminantes durante el proceso de laminación.
Además, de acuerdo con el aparato y el método de laminación de electrodos de la presente invención, es posible perfeccionar la propiedad de impregnación para la solución electrolítica del electrodo cambiando el estado de la superficie del electrodo que tiene una estructura en la que los materiales activos del electrodo se han agregado en la superficie laminando la cinta adhesiva insertada junto con el electrodo al momento de laminar el electrodo.
Además, de acuerdo con el aparato y el método de laminación de electrodos de la presente invención, se puede evitar la contaminación de los rodillos de laminación laminando juntos el electrodo y la cinta adhesiva.
En lo sucesivo en el presente documento, se describirá en detalle un aparato de laminación de electrodos y un método de laminación de electrodos de acuerdo con la presente invención.
<Aparato de laminación de electrodos>
Las FIGS. 2 y 3 son diagramas esquemáticos que muestran un aparato de laminación de electrodos de acuerdo con una realización de la presente invención.
Con referencia a las FIGS. 2 y 3, un aparato 100 para laminar un electrodo de acuerdo con la presente invención incluye: un par de rodillos de laminación 120 que laminan un electrodo 110; y una cinta adhesiva 130 que se introduce en los rodillos de laminación 120 junto con el electrodo 110 y se lamina junto con el electrodo 110, y se separa a continuación del electrodo 110.
El electrodo 110 puede tener una estructura donde se forma una capa de material activo 112 del electrodo aplicando una lechada de electrodo que incluye un material activo del electrodo sobre el colector de corriente 111 y secando la lechada de electrodo.
El colector de corriente 111 puede ser un colector de corriente de electrodo positivo o un colector de corriente de electrodo negativo, y el material activo del electrodo puede ser un material activo del electrodo positivo o un material activo del electrodo negativo. De forma adicional, además del material activo del electrodo, la pasta de electrodo puede incluir un material conductor y un aglutinante.
En la presente invención, el colector de electrodo positivo generalmente tiene un espesor de 3 a 500 ym. El colector de corriente de electrodo positivo no está particularmente limitado siempre que tenga una alta conductividad sin causar un cambio químico en la batería. Ejemplos del colector de corriente de electrodo positivo incluyen acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, aluminio o carbono sinterizado o acero inoxidable cuya superficie ha sido tratada con carbono, níquel, titanio, plata o similares. El colector de corriente puede tener finas irregularidades sobre su superficie para aumentar la adherencia del material activo del electrodo positivo, y son posibles diversas formas, tal como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, una espuma y una tela no tejida.
La lámina para el colector de electrodo negativo tiene generalmente un espesor de 3 a 500 ym. El colector de corriente de electrodo negativo no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad eléctrica sin causar cambios químicos en la batería, y ejemplos de ello incluyen cobre, acero inoxidable, aluminio, níquel, titanio, carbono sinterizado, cobre o acero inoxidable cuya superficie haya sido tratada con carbono, níquel, titanio, plata o similares, aleación de aluminio-cadmio, o similares. De forma adicional, al igual que el colector de corriente de electrodo positivo, se pueden formar finos desniveles en la superficie para mejorar la fuerza de adhesión del material activo del electrodo negativo, y se puede utilizar en diversas formas, tal como una película, una lámina, una hoja, una red, un cuerpo poroso, una espuma y una tela no tejida.
En la presente invención, el material activo del electrodo positivo es un material capaz de provocar una reacción electroquímica y un óxido de metal de transición de litio, y contiene dos o más metales de transición. Ejemplos de ello son: compuestos estratificados como el óxido de litio y cobalto (LiCoCh) y el óxido de litio y níquel (LÍNÍO<2>) sustituidos con uno o más metales de transición; óxido de manganeso de litio sustituido con uno o más metales de transición; óxido de litio y níquel representado por la fórmula LiNii-yMyO<2>(en donde M = Co, Mn, Al, Cu, Fe, Mg, B, Cr, Zn o Ga y contiene al menos uno de los elementos anteriores, 0,01 ^ y ^0 ,7); óxido compuesto de litio, níquel, cobalto y manganeso representado por la fórmula Lii+zNibMncCoi-(b+c+d)MdO(<2>-e)Ae, tal como Lii+zNii/3Coi/3Mni/3O2, Lii+zNÍ0,4Mn0,4Co0,2O2, etc. (en donde -0,5<z<0,5, 0,1<b<0,8, 0,1<c<0,8, 0<d<0,2, 0<e<0,2, b+c+d<1, M = Al, Mg, Cr, Ti, Si o Y, y A = F, P o Cl); fosfato metálico de litio a base de olivino representado por la fórmula Lii+xMi-yM'yPO4-zXz (en donde M = metal de transición, preferiblemente Fe, Mn, Co o Ni, M'= Al, Mg o Ti, X=F, S o N, y -0,5<x<0,5, 0<y<0,5, 0<z<0,1). Pero la presente invención no se limita a estos ejemplos. Entre los ejemplos del material activo del electrodo negativo se incluyen el carbono, como el carbono no grafitizado y el carbono grafitado; óxido compuesto metálico tal como LixFe2O3(0<x<1), LixWO2(0<x<1), SnxMei-xMe'yOz (Me: Mn, Fe, Pb, Ge; Me': Al, B, P, Si, los grupos i, 2 y 3 de la tabla periódica, halógeno; 0<x<1; 1<y<3; 1<z<8); metal de litio; aleación de litio; aleación de silicio; aleación de estaño; óxidos metálicos tales como SnO, SnO<2>, PbO, PbO<2>, Pb2O3, Pb3O4, Sb2O3, Sb2O4, Sb<2>Os, GeO, GeO<2>, BÍ<2>O<3>, BÍ<2>O<4>y BÍ<2>O<5>; polímeros conductores tales como poliacetileno; y materiales a base de Li-Co-Ni.
El material conductor suele añadirse en una cantidad del i al 30 % en peso con respecto al peso total de la mezcla que incluye el material activo del electrodo positivo. Dicho material conductor no está particularmente limitado siempre que tenga conductividad eléctrica sin provocar un cambio químico en la batería, y ejemplos de ello incluyen grafito, tal como grafito natural y grafito artificial; negro de humo, tal como negro de carbón, negro de acetileno, negro Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara y negro verano; fibras conductoras, tales como fibra de carbono y fibra metálica; polvos metálicos, tales como polvos de fluoruro de carbono, de aluminio y de níquel; whisky conductor tal como óxido de zinc y titanato de potasio; óxidos de metal conductor, tales como óxido de titanio; y materiales conductores, tales como derivados de polifenileno y similares.
El aglutinante se añade en una cantidad del i al 30 % en peso, con respecto al peso total de la mezcla que contiene el material activo del electrodo positivo, como componente que ayuda a la unión entre el material activo y el material conductor y a la unión con el colector de corriente. Ejemplos de tales aglutinantes incluyen fluoruro de polivinilideno, alcohol polivinílico, carboximetilcelulosa (CMC), almidón, hidroxipropilcelulosa, celulosa regenerada, polivinilpirrolidona, tetrafluoroetileno, polietileno, polipropileno, terpolímero de etileno-propileno-dieno (EPDM), EPDM sulfonado, caucho de estireno-butileno, caucho fluorado, diversos copolímeros y similares.
Entre tanto, una pasta de electrodo de este tipo puede prepararse disolviendo un material activo del electrodo, un material conductor y un aglutinante en un disolvente. El tipo de disolvente no está particularmente limitado siempre que sea capaz de dispersar un material activo del electrodo, y puede utilizarse un disolvente acuoso o un disolvente no acuoso. Por ejemplo, el disolvente puede ser un disolvente generalmente utilizado en la técnica, tal como dimetilsulfóxido (DMSO), alcohol isopropílico, N-metilpirrolidona (NMP), acetona o agua, y puede utilizarse uno de ellos solo o una mezcla de dos o más. La cantidad de disolvente utilizada puede ser tal que la pasta pueda ajustarse para que tenga una viscosidad adecuada en función del espesor del revestimiento, el rendimiento de producción y la trabajabilidad de la pasta, y no está particularmente limitada. El disolvente puede eliminarse en el proceso de secado.
Además, los rodillos de laminación i20 se componen de un par que incluye un rodillo superior i2 i colocado en la superficie superior del electrodo i i 0 y un rodillo inferior i22 colocado en la superficie inferior del electrodo i i 0 con el fin de laminar el electrodo 110. En el aparato de laminación de acuerdo con la presente invención, pueden proporcionarse dos o más pares de rodillos de laminación 120, y el número de rodillos de laminación 120 puede ser diseñado adecuadamente por un experto habitual en la técnica. El electrodo 110 puede insertarse en un espacio entre el rodillo superior 121 y el rodillo inferior 122.
Además, el aparato de laminación de electrodos 100 de acuerdo con la presente invención incluye además una cinta adhesiva 130. La cinta adhesiva 130 se inserta en los rodillos de laminación 120 Junto con el electrodo 110 y a continuación se lamina por los rodillos de laminación 120 Junto con el electrodo 110. A medida que la cinta adhesiva 130 se separa del electrodo 110 una vez laminada, la cinta adhesiva 130 puede cambiar el estado de la superficie del electrodo 110 mediante la aminación.
La cinta adhesiva 130 puede incluir un sustrato 131 y una capa adhesiva 132 formada sobre una superficie del sustrato 131. En este momento, el tipo de sustrato 131 y la capa adhesiva 132 que constituyen la cinta adhesiva 130 pueden ser diseñados adecuadamente por un experto habitual en la materia.
Por ejemplo, el sustrato 131 puede incluir una película o espuma de resina termoplástica, pero la presente invención no se limita a este ejemplo.
La película de resina termoplástica puede contener al menos una seleccionada del grupo que consiste en resina de uretano, resina acrílica, resina de poliamida, resina de poliéster, resina de poliéter, resina de polipropileno-polietileno, resina de polipropileno, resina de tereftalato de polietileno, resina de tereftalato de polibutileno, resina de poliestireno, resina de acrilonitrilo-estireno, resina de acrilonitrilo-butadieno-estireno, resina de sulfuro de polifenileno, resina de nylon, resina de imida de poliéter, y combinaciones de los mismos, y la presente invención no se limita a estos ejemplos.
El espesor del sustrato 131 puede ser diseñado adecuadamente por un experto habitual en la materia, y es necesario que tenga una resistencia mecánica suficiente para no dañarse durante el proceso de laminación y bobinado, al tiempo que no interfiere con el proceso de laminación del electrodo. Por ejemplo, el espesor del sustrato puede estar en el intervalo de 10 a 150 y m, específicamente en el intervalo de 30 a 120 y m, y más específicamente en el intervalo de 50 a 100 y m. Cuando el espesor del sustrato está en el intervalo anterior, es posible aplicar una resistencia mecánica suficiente sin interferir en el proceso de laminación del electrodo.
Además, la capa adhesiva 132 puede estar hecha de un material polimérico que constituya una capa adhesiva utilizada en una cinta adhesiva general. Por ejemplo, la capa adhesiva 132 puede contener al menos una seleccionada del grupo que consiste en resina epoxi fenólica, resina de poliimida, resina epoxi, resina acrílica, resina de silicona y resina de poliuretano. Más específicamente, puede usarse una resina acrílica o una resina de poliuretano como capa adhesiva. La composición de la capa adhesiva puede ser diseñada adecuadamente por un experto habitual en la materia para lograr la fuerza adhesiva de la siguiente manera.
El espesor de la capa adhesiva 132 habría sido diseñado adecuadamente por un experto habitual en la técnica. Por ejemplo, el espesor puede estar en el intervalo de 10 a 50 y m o de 20 a 40 y m, pero la presente invención no se limita a estos ejemplos. En el presente documento, si la capa adhesiva es excesivamente gruesa, no es deseable porque la cinta adhesiva puede permanecer en la superficie del electrodo cuando la cinta adhesiva se separa del electrodo.
Además, la capa adhesiva 132 se forma en la superficie donde el sustrato 131 entra en contacto con el electrodo 110. En concreto, en la presente invención, la cinta adhesiva 130 se adhiere al electrodo 110 mediante la capa adhesiva 132 a medida que la cinta adhesiva 130 se lamina junto con el electrodo 110, y parte del material activo del electrodo en la superficie se desprende del electrodo 110 mediante la capa adhesiva 132 a medida que la cinta adhesiva 130 se separa del electrodo 110 después de la laminación. Por lo general, el electrodo llega a estar en un estado en que la solución electrolítica no puede permeabilizarse fácilmente por la laminación, y a medida que la cinta adhesiva 130 desprende el material activo del electrodo de la superficie, la solución electrolítica puede impregnar fácilmente la parte desprendida. Más específicamente, la cinta adhesiva 130 puede impedir que la capa adhesiva 132 de la cinta adhesiva 130 permanezca en la superficie del electrodo separándose del electrodo 110 justo después de la laminación.
Además, a medida que la cinta adhesiva 130 se interpone entre el electrodo 110 y los rodillos de laminación 120, es posible impedir que los materiales activos de los electrodos se adhieran a los rodillos de laminación 120 y actúen como contaminantes. En este momento, la capa adhesiva 132 se forma sólo en la superficie de contacto con el electrodo 110, y la capa adhesiva no se forma en la superficie donde los rodillos de laminación 120 entran en contacto con la cinta adhesiva 130. Por tanto, es posible impedir que los elementos de la capa adhesiva 132 se adhieran a los rodillos de laminación 120.
La cinta adhesiva 130 tiene preferentemente una fuerza adhesiva capaz de desprender únicamente los materiales activos del electrodo en su superficie. Específicamente, la fuerza adhesiva de la cinta adhesiva puede estar en el intervalo de 50 a 2000 gf/25 mm, y más específicamente en el intervalo de 70 a 1000 gf/25 mm. La fuerza adhesiva puede medirse, por ejemplo, basándose en el estándar ASTM-D903. Si la fuerza adhesiva de la cinta adhesiva está fuera del intervalo anterior y es excesivamente pequeña, es difícil lograr el propósito de la presente invención porque es difícil desprender los materiales activos de la superficie del electrodo, y si la fuerza adhesiva es excesivamente grande, la cantidad de materiales activos desprendidos aumenta excesivamente, dañando así el electrodo y deteriorando su calidad. Además, cuando la fuerza adhesiva es excesivamente grande, puede resultar difícil transferir a la superficie del electrodo las partículas que se describirán más adelante.
La cinta adhesiva 130 puede insertarse en los rodillos de laminación 120 y moverse a la misma velocidad que el electrodo 110 para laminarse Junto con el electrodo 110. Para este fin, el aparato 100 puede incluir además: un rodillo desenrollador 140 del que se desenrolla la cinta adhesiva 130; y un rodillo rebobinador 150 que enrolla la cinta adhesiva 130 insertada en los rodillos 120 después de separar la cinta adhesiva 130 del electrodo 110.
El rodillo desenrollador 140 es un rodillo en el que se ha laminado una cinta adhesiva 130 ya preparada, y la cinta adhesiva 130 puede desenrollarse e insertarse Junto con el electrodo 110 al momento del proceso de laminación. Además, el rodillo rebobinador 150 recupera y enrolla por separado la cinta adhesiva 130, que se fija en la superficie del electrodo 110 mediante el laminado, desde el electrodo 110. En este momento, un lado de la cinta adhesiva 130 puede haberse enrollado en el rodillo desenrollador 140, y el otro lado puede haberse enrollado en el rodillo rebobinador 150. En este estado, si se inserta el electrodo 110, la cinta adhesiva 130 puede laminarse Junto con el electrodo 110 mientras se mueve a la misma velocidad que la del electrodo 110 mediante la rotación del rodillo desenrollador 140 y el rodillo rebobinador 150. La cinta adhesiva 130 laminada Junto con el electrodo 110 puede separarse automáticamente del electrodo 110 a medida que se enrolla en el rodillo rebobinador 150.
En este momento, la cinta adhesiva 130, el rodillo desenrollador 140, y el rodillo rebobinador 150 pueden estar formados en una superficie o en ambas superficies del electrodo 110. En el caso de la FIG. 2, el aparato de laminación de electrodos 100 trata de un caso en el que la capa de material activo 112 del electrodo está formada en una sola superficie del colector de corriente 111, y la cinta adhesiva 130 está colocada en una sola superficie del electrodo 110. Además, en el caso de la FIG. 3, el aparato de laminación de electrodos 200 trata de un caso en el que la capa de material activo 112 del electrodo está formada en ambas superficies del colector de corriente 111, y la cinta adhesiva 130 puede estar colocada en ambas superficies del electrodo 110.
La FIG. 4 es un diagrama esquemático que muestra un aparato de laminación de electrodos de acuerdo con otra realización de la presente invención.
Haciendo referencia a la FIG. 4, el aparato de laminación de electrodos 300 puede incluir un rodillo de laminación 120, una cinta adhesiva 130, un rodillo desenrollador 140, y un rodillo rebobinador 150 como se ha descrito anteriormente. En este momento, la cinta adhesiva 130 puede incluir además un material en partículas 160 adherido a una superficie de una capa adhesiva 132. En el presente documento, el material en partículas 160 puede ser un material que se adhiere en la superficie del electrodo 110 y se utiliza para reformar el electrodo 110. El material en partículas 160 se adhiere en la superficie de la capa adhesiva 132, y cuando es enrollado por los rodillos de laminación 120, la totalidad o parte del material en partículas 160 puede transferirse a la superficie del electrodo 110 o a la superficie de la capa de material activo del electrodo 112. En concreto, de acuerdo con la presente invención, el material en partículas puede recubrirse simplemente sobre la superficie sin un proceso de recubrimiento separado, y en consecuencia, se puede mejorar el perfeccionamiento del proceso. El material en partículas puede aplicarse sobre la superficie de la capa adhesiva de manera que no disminuya excesivamente la fuerza adhesiva de la cinta adhesiva, que puede ser diseñado adecuadamente por un experto habitual en la materia.
El material en partículas 160 puede seleccionarse adecuadamente en función de las prestaciones del electrodo que se desea implantar o perfeccionar. En un ejemplo específico, pueden usarse partículas inorgánicas. La partícula inorgánica puede ser al menos una seleccionada del grupo que consiste en óxido de silicio (SiOx, 0<x<2), alúmina (AI<2>O<3>), puede usarse dióxido de titanio (TÍO<2>), y óxido de wolframio, y más preferentemente SiOx (0<x<2). Tales materiales particulados pueden mejorar la propiedad de humectación y la propiedad de impregnación para la solución electrolítica del electrodo actuando como núcleo que mantiene la solución electrolítica en la superficie del electrodo. La cantidad de material en partículas aplicado sobre la superficie del electrodo puede ajustarse mediante la cantidad de material en partículas adherido sobre la superficie de la capa adhesiva. La cantidad de material en partículas aplicada sobre la superficie del electrodo puede ser ajustada adecuadamente por un experto habitual en la materia.
Además, el diámetro medio de las partículas (D<50>) del material en partículas 160 puede ser diseñado adecuadamente por un experto normalmente versadas en la materia. Por ejemplo, el diámetro medio de las partículas puede estar en el intervalo de 10 nm a 5 ym, específicamente en el intervalo de 10 nm a 3 ym, y más específicamente en el intervalo de 10 nm a 1 ym. El diámetro medio de las partículas D<50>puede medirse utilizando, por ejemplo, un método de difracción láser. Si el diámetro medio de las partículas es excesivamente grande, puede dificultar la permeación de la solución electrolítica y dañar el separador frente a la capa de mezcla del electrodo.
De forma adicional, la presente invención proporciona un método de laminación de electrodos.
La FIG. 5 es un diagrama de flujo que ilustra un orden de un método de laminación de electrodos de acuerdo con la presente invención.
Haciendo referencia a la FIG. 5, un método de laminación de un electrodo de acuerdo con la presente invención incluye: preparar un electrodo (S10); insertar el electrodo y una cinta adhesiva en un par de rodillos de laminación para laminar de este modo el electrodo y la cinta adhesiva (S20); y cambiar un estado superficial de una capa de material activo del electrodo separando la cinta adhesiva insertada en los rodillos de laminación del electrodo (S30).
Además, de acuerdo con el aparato y el método de laminación de electrodos de la presente invención, es posible perfeccionar la propiedad de impregnación para la solución electrolítica del electrodo cambiando el estado de la superficie del electrodo que tiene una estructura en la que los materiales activos del electrodo se han agregado en la superficie laminando la cinta adhesiva insertada Junto con el electrodo al momento de laminar el electrodo.
Además, de acuerdo con el aparato y el método de laminación de electrodos de la presente invención, se puede evitar la contaminación de los rodillos de laminación laminando Juntos el electrodo y la cinta adhesiva.
En primer lugar, al preparar un electrodo, una capa de material activo del electrodo puede formarse como una lechada de electrodo que contiene un material activo del electrodo se recubre sobre al menos una superficie del colector de corriente y se seca. Los detalles al respecto son los descritos anteriormente.
Cuando se prepara un electrodo, el electrodo y una cinta adhesiva se introducen en un par de rodillos para enrollar de este modo el electrodo. La cinta adhesiva incluye un sustrato y una capa adhesiva formada sobre una superficie del sustrato. La capa adhesiva puede estar formada en una superficie donde el sustrato entra en contacto con el electrodo. La composición del sustrato y de la capa adhesiva es tal como se ha descrito anteriormente.
Haciendo referencia a la FIG. 5 con la FIG. 2 o FIG. 3, la capa adhesiva se fija en la superficie del electrodo, en concreto, la superficie de la capa de material activo del electrodo, como la cinta adhesiva 130, que se ha desenrollado del rodillo desenrollador 140, se introduce en un espacio entre los rodillos de laminación. Tras lo cual, cuando se termina la laminación, la cinta adhesiva se separa rápidamente del electrodo y se lamina en el rodillo rebobinador. En este momento, se puede hacer que la cinta adhesiva se separe rápidamente del electrodo después de la laminación permitiendo que la cinta adhesiva se mueva en un estado en que los dos lados de la cinta adhesiva se hayan enrollado en el rodillo desenollador y en el rodillo rebobinador antes de que se inserte el electrodo.
De igual manera, parte de los materiales activos del electrodo en la superficie de la capa de material activo del electrodo puede despegarse por la cinta adhesiva fijando y separando la cinta adhesiva al momento de la laminación, y a través de la misma, es posible cambiar la superficie de la capa de material activo del electrodo, que llega a tener una propiedad hidrófoba debido al laminado, para tener un estado en el que la solución electrolítica pueda permeabilizarse mejor.
La cinta adhesiva puede incluir además un material en partículas adherido a una superficie de una capa adhesiva. La cinta adhesiva se lamina en el rodillo desenollador en un estado en que el material en partículas se ha adherido a la superficie de la capa adhesiva, y la cinta adhesiva puede insertarse Junto con el electrodo.
El material en partículas puede seleccionarse adecuadamente en función de las prestaciones del electrodo que se desea implantar o perfeccionar. En un ejemplo específico, pueden usarse partículas inorgánicas. La partícula inorgánica puede ser al menos una seleccionada del grupo que consiste en óxido de silicio (SiOx, 0<x<2), alúmina (AI<2>O<3>), puede usarse dióxido de titanio (TiÜ<2>), y óxido de wolframio, y más preferentemente SiOx (0<x<2).
El material en partículas es transferido a una superficie del electrodo a medida que la cinta adhesiva y el electrodo se laminan Juntos. Tales materiales particulados pueden mejorar la propiedad de humectación y la propiedad de impregnación para la solución electrolítica del electrodo actuando como núcleo que mantiene la solución electrolítica en la superficie del electrodo.
Además, la presente invención proporciona un método de fabricación de una batería secundaria que incluye un método de laminación de electrodos como se ha descrito anteriormente.
La batería secundaria tiene una forma donde un conjunto de electrodos, que tiene una forma en que un separador está interpuesto entre un electrodo positivo y un electrodo negativo, se aloja en una carcasa de batería. El electrodo positivo tiene una estructura en la que se forma una capa de material activo del electrodo positivo al aplicar una lechada de electrodo positivo que contiene un material activo de electrodo positivo sobre un colector de corriente de electrodo positivo, y el electrodo positivo y el electrodo negativo pueden haber sido fabricados y laminados por el método descrito anteriormente.
El separador se interpone entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y se utiliza una película delgada aislante que tiene una alta permeabilidad iónica y resistencia mecánica. El diámetro de los poros del separador es generalmente de 0,01 a 10 ym, y el espesor es generalmente de 5 a 300 ym. Ejemplos de tal separador incluyen polímeros basados en olefinas tales como el polipropileno que es químicamente resistente e hidrófobo; una lámina o una tela no tejida de fibra de vidrio, polietileno o similares. Cuando se usa un electrolito sólido, tal como un polímero, como el electrolito, el electrolito sólido también puede servir como un separador.
Además, la carcasa de batería no está particularmente limitada siempre y cuando se utilice como material exterior para empaquetar la batería, y se puede utilizar una tipo cilindrica, cuadrada o de bolsa. Cuando un conjunto de electrodos está alojado en una carcasa de batería, se inyecta la solución electrolítica y se sella. Tras lo cual, se fabrica una batería secundaria final mediante el proceso de formación. Los detalles acerca de la carcasa de batería y la solución electrolítica son conocidos por los expertos en la materia, por lo que se omitirá una descripción detallada de las mismas.
En lo sucesivo en el presente documento, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los ejemplos. Sin embargo, las realizaciones de acuerdo con la presente invención pueden modificarse en diversas otras formas, y el alcance de la presente invención no debe interpretarse como limitado a los ejemplos descritos a continuación. Los ejemplos de la presente invención se proporcionan para describir más detalladamente la presente invención a aquellos expertos en la materia.
Ejemplo 1
Preparación del electrodo
Se añadieron grafito al 88 % en peso y SiO al 10 % en peso como material activo del electrodo negativo, nanotubo de carbono de pared simple (SWCNT) al 0,05 % en peso como material conductor, caucho de estireno-butadieno (SBR) al 1,0 % en peso como aglutinante, y CMC al 0,97 % en peso como espesante al agua para fabricar una lechada de electrodo negativo.
Se fabricó un electrodo recubriendo la lechada de electrodo negativo en una superficie de un colector de corriente de cobre (espesor: 10 pm) y laminando el colector de corriente recubierto de lechada y secando al vacío el colector de corriente recubierto de lechada en un horno de vacío a 120 °C.
Laminación del electrodo
El electrodo se introdujo en los rodillos junto con la cinta adhesiva para de este modo laminar el electrodo. Específicamente, se utilizó cinta OPP BOX (fuerza de adhesión: 72 gf/25 mm) como la cinta adhesiva. Como se muestra en la FIG. 2, la cinta adhesiva se enrolla entre el rodillo desenrollador y el rodillo rebobinador, y cuando se realiza la laminación, la cinta adhesiva se desenrolla del rodillo desenrollador y se lamina junto con el electrodo a medida que se mueve entre los rodillos de laminación. La cinta adhesiva se separó del electrodo tras el proceso de laminación y se enrolló en el rodillo rebobinador.
Ejemplo 2
El electrodo fue fabricado y luego laminado como en el ejemplo 1, excepto que se utilizó N.4605 (fuerza de adhesión: 922 gf/25 mm) de Nitto üenko Co., Ltd. como la cinta adhesiva.
Ejemplo 3
El electrodo fue fabricado y luego laminado como en el ejemplo 1, excepto que se utilizó N.9070 (fuerza de adhesión: 1727 gf/25 mm) de la compañía 3M como la cinta adhesiva.
Ejemplo comparativo
El electrodo fue fabricado por y fue a continuación laminado como en el ejemplo 1 excepto que el electrodo fue laminado por un método convencional de laminación como en la FIG. 1 sin usar la cinta adhesiva.
Ejemplo experimental
Se evaluó la propiedad de impregnación de la solución electrolítica para el electrodo de acuerdo con los ejemplos 1 a 3 y el ejemplo comparativo. Los puntos específicos de evaluación son los siguientes.
Evaluación del tiempo de impregnación de PC: Se prepararon 20 muestras para cada electrodo fabricado de acuerdo con cada ejemplo y el ejemplo comparativo. Después de dejar caer 1 ml de carbonato de propileno (PC) como la solución electrolítica sobre la superficie de cada muestra utilizando una jeringa, se midió el tiempo transcurrido hasta que el disolvente fue absorbido por el electrodo. El resultado de la medición se obtuvo calculando la media de los resultados de 20 muestras. Los resultados se muestran en la tabla 1.
T l 1
______________ _____________
Evaluación de la esparcibilidad de la solución electrolítica: Se dejó caer sobre, la superficie de cada electrodo, 1 ml de solución de carbonato de L¡PF61M como solución electrolítica, y a continuación se observó la capacidad de extensión de la solución electrolítica sobre la superficie del electrodo. El resultado se muestra en la FIG. 6. La FIG. 6(a) es una fotografía obtenida fotografiando la superficie de un electrodo de acuerdo con un ejemplo comparativo, las FIGS. 6(b) a 6(d) muestran fotografías obtenidas fotografiando la superficie de un electrodo de acuerdo con los ejemplos 1 a 3.
Haciendo referencia a la Tabla 1, en el caso del electrodo de acuerdo con los ejemplos 1 a 3, el tiempo de impregnación de la solución electrolítica disminuyó más, en comparación con el ejemplo comparativo. Esto significa que una parte del material activo del electrodo, que estaba fuertemente agregado, se ha desprendido al contactar la cinta adhesiva en el momento de laminar el electrodo y al separar la cinta adhesiva después de la laminación, y en consecuencia, el estado de la superficie del electrodo ha cambiado y la propiedad de impregnación ha mejorado.
Además, en el caso de la FIG. 6, se observa que la solución electrolítica está más repartida en el electrodo de acuerdo con los ejemplos que en el ejemplo comparativo al momento de inyectar la solución electrolítica. En concreto, se observa que el electrodo de acuerdo con el ejemplo ha mejorado más en la propiedad de impregnación que en el ejemplo comparativo.
La descripción anterior es meramente ilustrativa de la ¡dea técnica de la presente invención, y los expertos en la materia a la que pertenece la presente invención pueden realizar diversas modificaciones y variaciones sin apartarse de las características esenciales de la presente invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Por lo tanto, los dibujos divulgados en la presente invención no pretenden limitar la ¡dea técnica de la presente invención, sino describir la presente invención, y el alcance de la ¡dea técnica de la presente invención no está limitado por estos dibujos. El alcance de protección de la presente invención debe interpretarse por las reivindicaciones siguientes, y todas las ¡deas técnicas dentro del alcance equivalente a las mismas deben considerarse incluidas en el alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
Por otro lado, en esta memoria descriptiva, los términos que indican direcciones tales como "arriba", abajo, izquierda, derecha, antes y después se usan, pero es obvio que estos términos son sólo por conveniencia de la descripción y pueden cambiar dependiendo de la ubicación del objeto o de la ubicación del observador.
Descripción de los números de referencia
I, 100: aparato de laminación de electrodos
10, 110: electrodo
I I , 111: colector de corriente
12 112: capa de material activo del electrodo
20, 120: rodillo de laminación
121: rodillo superior
122: rodillo inferior
130: cinta adhesiva
131: sustrato
132: capa adhesiva
140: rodillo desenrollador
150: rodillo rebobinador

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato (100) para laminar un electrodo (110), comprendiendo el aparato:
un par de rodillos de laminación (120, 121, 122) proporcionados para laminar un electrodo (110), y una cinta adhesiva (130) que se inserta en los rodillos de laminación (120, 121, 122) Junto con el electrodo (110) y se lamina Junto con el electrodo y a continuación se separa del electrodo,
en donde la cinta adhesiva (130) incluye un sustrato (131) y una capa adhesiva (132) formada sobre una superficie del sustrato (131), y
en donde la capa adhesiva (132) está formada en una superficie donde el sustrato (131) entra en contacto con el electrodo (110).
2. El aparato de la reivindicación 1, que comprende además:
un rodillo desenrollador (140) del que se desenrolla la cinta adhesiva (130); y
un rodillo rebobinador (150) que enrolla la cinta adhesiva (130) insertada en los rodillos de laminación (120, 121, 122) después de separar la cinta adhesiva (130) del electrodo (110).
3. El aparato de la reivindicación 1, en donde la cinta adhesiva (130) incluye además un material en partículas (160) adherido en una superficie de una capa adhesiva (132).
4. El aparato de la reivindicación 3, en donde el material en partículas (160) es un material inorgánico que contiene SIOx, y en donde 0<x<2.
5. Un método para laminar un electrodo, comprendiendo el método las etapas de:
preparar un electrodo (110) que comprende una estructura donde una capa de material activo (112) del electrodo está formada sobre un colector de corriente (111);
introducir el electrodo (110) y una cinta adhesiva (130) en un par de rodillos de laminación (120, 121, 122) para laminar de este modo el electrodo (110) y la cinta adhesiva (130); el método,
caracterizado porla etapa adicional de:
cambiar un estado superficial de una capa de material activo (112) del electrodo separando la cinta adhesiva (130) insertada en los rodillos de laminación (120, 121, 122) del electrodo.
6. El método de la reivindicación 5, en donde la cinta adhesiva (130) incluye un sustrato (131) y una capa adhesiva (132) formada sobre una superficie del sustrato (131).
7. El método de la reivindicación 5, en donde la capa adhesiva (132) está formada en una superficie donde el sustrato (131) entra en contacto con el electrodo (110).
8. El método de la reivindicación 5, en donde la cinta adhesiva (130) incluye además un material en partículas (160) adherido en una superficie de una capa adhesiva (132).
9. El método de la reivindicación 8, en donde el material en partículas (160) es un material inorgánico que contiene SiOx, y en donde 0<x<2.
10. El método de la reivindicación 9, en donde el material en partículas (160) se transfiere a una superficie del electrodo (110) a medida que la cinta adhesiva (130) y la cinta adhesiva (130) y el electrodo (110) se laminan Juntos.
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