ES3054533T3 - Method for manufacturing electrode and electrode manufacturing system used in same - Google Patents

Method for manufacturing electrode and electrode manufacturing system used in same

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ES3054533T3
ES3054533T3 ES22846170T ES22846170T ES3054533T3 ES 3054533 T3 ES3054533 T3 ES 3054533T3 ES 22846170 T ES22846170 T ES 22846170T ES 22846170 T ES22846170 T ES 22846170T ES 3054533 T3 ES3054533 T3 ES 3054533T3
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Hyojin Lee
Tae Su Kim
Hyuk Soo Lee
Jung Hyun Park
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Abstract

La presente invención proporciona un método para fabricar un electrodo y un sistema de fabricación de electrodos utilizado en el método, comprendiendo el método los pasos de: (a) laminar una capa de material activo sobre la superficie de un colector de corriente; y (b) eliminar parte de la capa de material activo irradiando la superficie de la capa de material activo con un rayo láser, en donde se realiza un proceso para suministrar humedad a la capa de material activo antes de irradiar la capa de material activo con el rayo láser en el paso (b). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Método para fabricar electrodos y sistema de fabricación de electrodos utilizado en el mismo
[0003] Sector de la técnica
[0004] La presente invención se refiere a un método de fabricación de un electrodo y a un sistema de fabricación de electrodos utilizado en el método descrito anteriormente.
[0005] Antecedente de la invención
[0006] A medida que aumenta la demanda de dispositivos móviles y vehículos eléctricos, la demanda de baterías secundarias está aumentando rápidamente. En particular, se ha comercializado y utilizado ampliamente una batería secundaria de litio que tiene una densidad energética y una tensión elevadas entre las baterías secundarias.
[0007] La batería secundaria de litio tiene una estructura en la que un electrolito que contiene sal de litio se impregna en un electrodo con un material activo aplicado en un colector de corriente, es decir, un conjunto de electrodos con un separador poroso entre el electrodo positivo y el electrodo negativo. El electrodo se fabrica formando una capa de material activo sobre un colector de corriente mediante un proceso de mezcla en el que se prepara una suspensión mezclando/dispersando un material activo, un aglutinante y un material eléctricamente conductor en un disolvente, un proceso de recubrimiento que consiste en aplicar la suspensión de material activo a un colector de corriente de película delgada y secarla, y un proceso de prensado para aumentar la densidad de capacidad del electrodo después del proceso de recubrimiento y aumentar la propiedad adhesiva entre el colector de corriente y el material activo.
[0008] Cuando se aplica la suspensión de material activo al colector de corriente, se sabe que es difícil formar una superficie uniforme en el extremo distal de la capa de material activo debido a la formación de líneas de arrastre y/o islas, como se muestra en la FIG.2. De forma adicional, en el borde de la capa de material activo, se forma una parte deslizante en la que el espesor de la capa de material activo disminuye gradualmente, lo que provoca un problema de reducción de la capacidad de la capa de material activo, como se muestra en la FIG. 3. De forma adicional, al aplicar la suspensión a ambas superficies del colector de corriente, se produce una discrepancia cuando las posiciones de la suspensión aplicada a las superficies superior e inferior no coinciden, como se muestra en la FIG. 3. Esta falta de coincidencia provoca que la posición de la capa de material activo quede desalineada cuando los electrodos positivo y negativo se enfrentan entre sí, y esta porción desalineada reduce la eficiencia de carga/descarga. En particular, la porción no coincidente puede provocar que el litio se deposite en la superficie del electrodo negativo, y cuando dicho depósito de litio se realiza durante un tiempo prolongado, la capacidad de la batería se reduce.
[0009] Mientras tanto, con el fin de resolver los problemas anteriores, se ha introducido un método de grabado láser, pero en el caso de este método, existía el problema de que el material activo se deterioraba (zona afectada por el calor) debido al calor del rayo láser.
[0010] Por lo tanto, es necesario un método capaz de formar uniformemente un extremo de la capa de material activo, evitar la formación de una porción deslizante y/o una porción no coincidente, y evitar el deterioro del material activo.
[0011] Documento de la técnica anterior
[0012] Patente japonesa abierta a inspección pública con n.º de publicación 2000-251942
[0013] Patente coreana abierta a inspección pública con n.º de publicación 2015-0122940 A
[0014] Explicación de la invención
[0015] Problema técnico
[0016] El objetivo de la presente invención es proporcionar un método de fabricación de electrodos y un sistema de fabricación de electrodos capaces de formar uniformemente un extremo de una capa de material activo sin una porción deslizante y/o una porción no coincidente mediante grabado láser, que se han ideado para resolver los problemas anteriores de la técnica anterior.
[0017] Otro objetivo de la presente invención es proporcionar un método de fabricación de electrodos y un sistema de fabricación de electrodos capaces de prevenir un problema (generación de una zona afectada por el calor) en el que un material activo se deteriora por el calor de un rayo láser durante el grabado láser.
[0018] Solución técnica
[0019] Para alcanzar los objetivos anteriores, la presente invención proporciona un método para fabricar un electrodo que comprende las etapas de,
[0020] (a) laminar una capa de material activo sobre la superficie del colector de corriente; y
[0021] (b) eliminar una porción de la capa de material activo irradiando un rayo láser sobre la superficie de la capa de material activo,
[0022] en donde, antes de irradiar el rayo láser a la capa de material activo en la etapa (b), se lleva a cabo un proceso de suministro de humedad a la capa de material activo.
[0023] De forma adicional, la presente invención proporciona un sistema para fabricar un electrodo que comprende, un dispositivo de suministro del colector de corriente que suministra el colector de corriente en forma plana; un dispositivo de recubrimiento de material activo para recubrir con material activo la superficie de un colector de corriente suministrado;
[0024] un dispositivo de suministro de humedad para suministrar humedad a la capa de material activo laminada por el dispositivo de recubrimiento de material activo; y
[0025] un dispositivo de grabado láser para grabar una porción de la capa de material activo a la que se suministra la humedad.
[0026] Efectos ventajosos
[0027] El método de fabricación de electrodos y el sistema de fabricación de electrodos de la presente invención proporcionan un efecto de formación uniforme de un extremo de una capa de material activo sin una porción deslizante y/o una porción no coincidente mediante el uso de un método de grabado láser.
[0028] De forma adicional, la presente invención proporciona un efecto de minimizar el deterioro (zona afectada por el calor) del material activo debido al calor del rayo láser mediante el suministro de humedad durante el grabado láser.
[0029] Breve descripción de los dibujos
[0030] La FIG.1 es un diagrama que muestra esquemáticamente el proceso de recubrimiento del material activo durante el proceso de fabricación de electrodos de la técnica anterior.
[0031] La FIG.2 es un diagrama que muestra un problema que se produce al aplicar un material activo a un colector de corriente de acuerdo con la técnica anterior.
[0032] La FIG. 3 es un diagrama que muestra esquemáticamente una porción deslizante y una porción no coincidente que se producen cuando se aplica un material activo a un colector de corriente de acuerdo con la técnica anterior. La FIG. 4 es un diagrama que ilustra esquemáticamente un proceso de grabado láser de acuerdo con una realización de la presente invención.
[0033] La FIG. 5 y la FIG. 6 son diagramas que ilustran esquemáticamente sistemas de fabricación de electrodos de acuerdo con una realización de la presente invención, respectivamente.
[0034] Realización preferente de la invención
[0035] En lo sucesivo, las realizaciones de la presente invención se describirán detalladamente con referencia a los dibujos adjuntos, de modo que los expertos en la materia a la que pertenece la presente invención puedan llevarla a cabo fácilmente. Sin embargo, la presente invención puede realizarse de diversas formas diferentes y no está limitada a las realizaciones descritas en el presente documento. A lo largo de toda la memoria descriptiva, se asignan números de referencia similares a partes similares.
[0036] Debe entenderse que cuando se hace referencia a cualquier componente como "conectado a, proporcionado con, o instalado en" otro componente, aunque pueda estar conectado o instalado directamente al otro componente, pueden existir otros componentes entre los mismos. Por otro lado, debe entenderse que cuando se hace referencia a cualquier componente como "directamente conectado a, proporcionado con, o instalado en" otro componente, no otro componente no existe en el medio. Mientras tanto, otras expresiones que describen la relación entre los elementos, es decir, "sobre" y "directamente sobre", "entre" y "inmediatamente entre", "adyacente a" y "directamente adyacente a" deben interpretarse de la misma manera.
[0037] La FIG.4 es un diagrama que ilustra esquemáticamente un proceso de grabado láser de acuerdo con una realización de la presente invención, y la FIG. 5 y la FIG.6 muestran a modo de ejemplo sistemas de fabricación de electrodos para fabricar un electrodo mediante un proceso rollo a rollo como una realización del método para fabricar un electrodo de la presente invención. En lo sucesivo, la presente invención se describirá con referencia a los dibujos.
[0038] El método de fabricación del electrodo de la presente invención comprende, como se muestra en la FIG.5, las etapas de,
[0039] (a) laminar una capa de material activo 80 sobre la superficie del colector de corriente 70; y
[0040] (b) eliminar una porción de la capa de material activo irradiando 40 (utilizando un dispositivo de grabado láser) un rayo láser sobre la superficie de la capa de material activo 80,
[0041] en donde, antes de irradiar el rayo láser a la capa de material activo en la etapa (b), se lleva a cabo el proceso de suministrar 30 (utilizando un dispositivo de suministro de humedad) humedad a la capa de material activo.
[0042] Incluso en el método convencional de fabricación de electrodos, se utiliza un dispositivo de grabado láser, pero existe el problema de que el material activo se deterioraba (zona afectada por el calor) debido al calor del rayo láser. La presente invención está caracterizada por que los problemas anteriores se resuelven mediante un método de suministro de humedad a la capa de material activo antes de la irradiación con un rayo láser.
[0043] Cuando el material activo se deteriora por el calor del rayo láser, se puede producir la oxidación y la consiguiente decoloración de la superficie de la lámina de electrodo.
[0044] En una realización de la presente invención, el suministro de humedad en la etapa (b) puede realizarse de tal manera que la humedad penetre en la capa de material activo antes de que se irradie el rayo láser. Por ejemplo, el suministro de humedad puede realizarse entre 5 y 30 segundos antes de la aplicación del láser. Esto se debe a que se necesita tiempo suficiente para que la humedad se suministre al material activo antes de la aplicación del láser. Sin embargo, no se limita al intervalo anterior, ya que el tiempo necesario para la absorción de agua varía en función de la composición del material activo y la cantidad de material activo en capas.
[0045] El método de suministro de humedad no está particularmente limitado, sino que puede realizarse, por ejemplo, mediante un método de pulverización. Sin embargo, la presente invención no se limita a esto, y se puede emplear cualquier método siempre que sea capaz de suministrar humedad suficiente al material activo.
[0046] En una realización de la presente invención, el rayo láser puede tener una forma rectangular o una forma lineal de una sección transversal horizontal del rayo. La dirección horizontal se refiere a una dirección basada en una dirección vertical en la que se irradia el láser.
[0047] En una realización de la presente invención, como dispositivo de grabado láser utilizado en el método descrito anteriormente, se puede utilizar un dispositivo de grabado láser conocido en la técnica. El dispositivo de grabado láser puede incluir un generador de fuente láser, un espejo de entrega, un ajustador de anchura del rayo láser, y una unidad de escáner, y similares, como se muestra en la FIG. 4, y la unidad escáner puede incluir un espejo Galvano, lente Theta y similares. El generador de fuente láser puede ser, por ejemplo, un generador de fuente láser que genera una región de longitud de onda IR (radiación infrarroja), y la longitud de onda del láser puede ser de 700 nm a 1100 nm, preferentemente de 1000 nm a 1100 nm, pero no se limita a esto.
[0048] En general, el láser oscila en forma circular (Gaussiana), pero puede oscilar en forma rectangular (Top HAT) o lineal, dependiendo de la configuración del sistema óptico. Por ejemplo, en el caso de un rayo circular o cuadrada, se puede formar utilizando un espejo que pueda mover los ejes X-Y, respectivamente, como un escáner láser. Es decir, es posible formar un rayo con la forma deseada mediante el movimiento de los dos espejos.
[0049] El rayo rectangular puede grabar una gran cantidad más rápido que el rayo circular. De forma adicional, la capa de material activo se puede grabar con mayor precisión en el caso de un rayo lineal que en un rayo circular, en el que la distribución de intensidad del rayo se concentra en el centro.
[0050] En una realización de la presente invención, la etapa de laminar la capa de material activo de la etapa (a) puede realizarse recubriendo el material activo, y también es posible realizar de forma adicional un proceso de secado, un proceso de prensado, y similares. En la presente invención, la etapa (b) puede realizarse después del recubrimiento del material activo, preferentemente después del proceso de prensado. En concreto, la etapa (b) puede realizarse en un proceso de entallado después del proceso de prensado.
[0051] En una realización de la presente invención, la porción de la que se retira parcialmente la capa de material activo en la etapa (b) puede formar una porción no recubierta de material activo. En concreto, la etapa (b) puede ser un proceso de formación de una porción no recubierta de material activo y el proceso puede realizarse eliminando parcialmente el material activo del colector de corriente recubierto con el material activo con un rayo láser, y la porción no recubierta de material activo puede formarse entonces en una pestaña de electrodo mediante un proceso como el troquelado. En una realización de la presente invención, las etapas (a) y (b) pueden realizarse en un lado del colector de corriente, o pueden realizarse tanto en el lado delantero como en el lado trasero.
[0052] En una realización de la presente invención, las etapas (a) y (b) pueden realizarse mediante un proceso de fabricación de un electrodo mediante un proceso rollo a rollo, como se ejemplifica en las FIGS.5 y 6.
[0053] En una realización de la presente invención, antes de la etapa (a), se puede incluir además una etapa de realizar un tratamiento corona 50 (utilizando un dispositivo de tratamiento corona) en la superficie del colector de corriente sobre la que se va a laminar el material activo, como se ejemplifica en la FIG.6, y después de la etapa (b), se puede incluir además una etapa de tratamiento térmico 60 (utilizando un dispositivo de tratamiento térmico) para la estabilización.
[0054] El tratamiento corona en la superficie del colector de corriente es un proceso para mejorar la adhesión del material activo a la superficie del colector de corriente.
[0055] El tratamiento corona y el tratamiento térmico pueden realizarse mediante un método conocido en la técnica.
[0056] En una realización de la presente invención, el método de fabricación de electrodos puede aplicarse tanto al electrodo positivo como al electrodo negativo. El colector de corriente es un colector de corriente de electrodo positivo o un colector de corriente de electrodo negativo, y se pueden utilizar sin limitación los colectores de corriente conocidos en este campo, y por ejemplo, una lámina fabricada con cobre, aluminio, oro, níquel, una aleación de cobre o una combinación de las mismas se puede utilizar.
[0057] De forma adicional, la capa de material activo puede ser una capa de material activo de electrodo positivo o una capa de material activo de electrodo negativo. La capa de material activo puede formarse mediante una suspensión de un material activo que incluye un material activo de electrodo positivo o un material activo de electrodo negativo y un aglutinante, y la suspensión del material activo puede comprender además un material eléctricamente conductor y, si es necesario, puede comprender además un dispersante.
[0058] Como material activo del electrodo positivo, el material activo del electrodo negativo, el aglutinante y el material eléctricamente conductor, componentes conocidos en la técnica se pueden utilizar sin limitación.
[0059] Como material activo del electrodo positivo, por ejemplo, óxido de litio y manganeso, óxido de litio y cobalto, óxido de litio y níquel, óxido de hierro y litio, LiNi<x>Mn<y>Co<z>O<2>(NMC), que es un material de electrodo positivo de tres componentes, o un óxido compuesto de litio que combina estos, se puede utilizar. En el caso de una batería de litioazufre, se puede incluir un compuesto de azufre y carbono como material activo del electrodo positivo.
[0060] Ejemplos de material activo para el electrodo negativo pueden ser LiTi<2>(PO<4>)<3>, Li<3>V<2>(PO<4>)<3>, LiVP<2>O<7>, LiFeP<2>O<7>, LiVPO<4>F, LiVPO<4>O, y LiFeSO<4>F. El material activo del electrodo negativo puede tener una capa de recubrimiento de carbono formada en su superficie.
[0061] Como material eléctricamente conductor, por ejemplo, negro de humo como Super-P, Negro Denka, negro de acetileno, Negro Ketjen, negro de canal, negro de horno, negro de lámpara, negro térmico y negro de humo; derivados del carbono, como nanotubos de carbono y fullereno; fibras eléctricamente conductoras, como fibra de carbono o fibra metálica; polvos metálicos como el fluoruro de carbono, polvo de aluminio y níquel; o polímeros eléctricamente conductores como la polianilina, politiofeno, poliacetileno y polipirrol, se pueden utilizar.
[0062] El sistema de fabricación de electrodos de acuerdo con una realización de la presente invención comprende, como se ilustra en la FIG.5,
[0063] un dispositivo de suministro de colector de corriente 10 para suministrar al colector de corriente 70 en forma plana; un dispositivo de recubrimiento de material activo 20 para recubrir con material activo la superficie de un colector de corriente suministrado;
[0064] un dispositivo de suministro de humedad 30 para suministrar humedad a la capa de material activo (80) laminada por el dispositivo de recubrimiento de material activo; y
[0065] un dispositivo de grabado láser 40 para grabar una porción de la capa de material activo a la que se suministra la humedad.
[0066] Todo el contenido descrito en el método descrito anteriormente para fabricar un electrodo puede aplicarse al sistema de fabricación de electrodos de la presente invención. Por lo tanto, se omitirán las descripciones de algunos contenidos superpuestos.
[0067] En una realización de la presente invención, el dispositivo de suministro 10 del colector de corriente no está particularmente limitado, siempre que sea un dispositivo capaz de suministrar el recubrimiento del material activo sobre el colector de corriente, y se puede utilizar un aparato conocido en la técnica. Por ejemplo, el dispositivo para suministrar el colector de corriente al proceso rollo a rollo puede ser un rollo 10 en el que se enrolla el colector de corriente, como se muestra en la FIG.5.
[0068] En una realización de la presente invención, como dispositivo de recubrimiento de material activo 20, dispositivo de grabado láser 40, y similares, se pueden utilizar sin limitación los dispositivos conocidos en la técnica. También, aunque no se muestra en los dibujos, un dispositivo de secado, un dispositivo de prensado, y similares pueden estar incluidos además.
[0069] Por ejemplo, el dispositivo de grabado láser puede incluir un generador de fuente láser, un espejo de entrega, un ajustador de anchura del rayo láser y una unidad escáner, como se muestra en la FIG.4, y la unidad escáner puede comprender un espejo Galvano, lente Theta y similares. El generador de fuente láser puede ser, por ejemplo, un generador de fuente láser IR, y la longitud de onda del láser generado por el generador de fuente láser puede ser de 700 nm a 1100 nm, preferentemente de 1000 nm a 1100 nm, pero no se limita a esto.
[0070] En una realización de la presente invención, el rayo láser irradiado desde el dispositivo de grabado láser 40 puede tener una forma rectangular o una forma lineal en una sección transversal horizontal. La dirección horizontal se refiere a una dirección basada en una dirección vertical en la que se irradia el láser.
[0071] En una realización de la presente invención, el sistema de fabricación de electrodos puede incluir además un dispositivo de tratamiento corona 50 situado delante del dispositivo de recubrimiento de material activo 10 y un dispositivo de tratamiento térmico 60 situado detrás del dispositivo de grabado láser 40, como se muestra en la FIG.
[0072] 6.
[0073] Como dispositivo de tratamiento corona 50 y dispositivo de tratamiento térmico 60, se pueden utilizar sin limitación los dispositivos conocidos en la técnica.
[0074] En una realización de la presente invención, como dispositivo de suministro de humedad 30, un dispositivo de pulverización de humedad, etc. pueden utilizarse, pero no se limita a esto, y se puede utilizar cualquier dispositivo siempre que sea capaz de proporcionar suficiente humedad al material activo.
[0075] Aunque la presente invención se ha descrito en relación con las realizaciones preferidas mencionadas anteriormente, se pueden realizar diversas modificaciones y variaciones, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0076] Descripción del símbolo
[0077] 10: Rollo DESenrollador
[0078] 12: Rollo de soporte
[0079] 14: Rollo RE-enrollador
[0080] 20: Dispositivo de recubrimiento de material activo
[0081] 30: Dispositivo de suministro de humedad
[0082] 40: Dispositivo de grabado láser
[0083] 50: Dispositivo de tratamiento corona
[0084] 60: Dispositivo de tratamiento térmico
[0085] 70: Colector de corriente
[0086] 80: Capa de material activo

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES
1. Un método para fabricar un electrodo que comprende las etapas de,
(a) laminar una capa de material activo sobre una superficie de un colector de corriente; y
(b) eliminar una porción de la capa de material activo irradiando un rayo láser sobre la superficie de la capa de material activo,
en donde, antes de irradiar el rayo láser a la capa de material activo en la etapa (b), se lleva a cabo un proceso de suministro de humedad a la capa de material activo.
2. El método para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el suministro de humedad en la etapa (b) se realiza de tal manera que la humedad penetra en la capa de material activo antes de la irradiación del rayo láser.
3. El método para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el suministro de humedad se realiza mediante un método de pulverización.
4. El método para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el rayo láser tiene una forma rectangular o una forma lineal en una sección transversal horizontal del rayo láser.
5. El método para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el rayo láser es luz IR (radiación infrarroja) y tiene una longitud de onda de 700 nm a 1100 nm.
6. El método para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el paso de laminar la etapa (a) de la capa de material activo se realiza recubriendo el material activo.
7. El método para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la porción de la que se retira parcialmente la capa de material activo en la etapa (b) forma una porción sin recubrimiento de material activo.
8. El método para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las etapas (a) y (b) se realizan en ambos lados delantero y trasero del colector de corriente.
9. El método para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las etapas (a) y (b) se realizan en el proceso de fabricación de un electrodo mediante un proceso rollo a rollo.
10. El método para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además una etapa de realizar un tratamiento corona en la superficie del colector de corriente sobre la que se va a laminar el material activo antes de la etapa (a), y una etapa de tratamiento térmico para la estabilización después de la etapa (b).
11. Un sistema para fabricar un electrodo que comprende,
un dispositivo de suministro del colector de corriente que suministra el colector de corriente en forma plana; un dispositivo de recubrimiento de material activo para recubrir con material activo la superficie de un colector de corriente suministrado;
un dispositivo de suministro de humedad para suministrar humedad a la capa de material activo laminada por el dispositivo de recubrimiento de material activo; y
un dispositivo de grabado láser para grabar una porción de la capa de material activo a la que se suministra la humedad.
12. El sistema para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 11, que comprende además un dispositivo de tratamiento corona situado delante del dispositivo de recubrimiento y un dispositivo de tratamiento térmico situado detrás del dispositivo de grabado láser.
13. El sistema para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el dispositivo de suministro de humedad es un dispositivo de inyección de humedad.
14. El sistema para fabricar el electrodo de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el dispositivo de suministro del colector de corriente es un dispositivo rollo a rollo.
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