ES3056222T3 - Electrode assembly comprising anode and anode sheet having improved electrode stacking properties and manufacturing method therefor - Google Patents

Electrode assembly comprising anode and anode sheet having improved electrode stacking properties and manufacturing method therefor

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ES3056222T3 ES20949624T ES20949624T ES3056222T3 ES 3056222 T3 ES3056222 T3 ES 3056222T3 ES 20949624 T ES20949624 T ES 20949624T ES 20949624 T ES20949624 T ES 20949624T ES 3056222 T3 ES3056222 T3 ES 3056222T3
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Abstract

La presente invención se refiere a un conjunto de electrodos que comprende un ánodo y una lámina de ánodo con propiedades mejoradas de apilamiento de electrodos, y a su método de fabricación. Durante la formación del conjunto de electrodos, incluyendo el entallado, el corte de un solo electrodo y el apilamiento, se mejoran las propiedades de apilamiento de electrodos con respecto a una pieza de hombro, que es firme gracias a su mayor grosor que una pestaña de electrodo convencional y no refleja la luz gracias a su recubrimiento de material activo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Conjunto de electrodos que comprende un ánodo y una lámina de ánodo que tiene propiedades mejoradas de apilamiento de electrodos y método de fabricación asociado
[0003] Sector de la técnica
[0004] La presente solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente coreana n.º 2020-0102132, presentada el 14 de agosto de 2020, y de la solicitud de patente coreana n.º 2020-0175841, presentada el 15 de diciembre de 2020. La presente invención se refiere a un conjunto de electrodos que comprende una lámina de ánodo y un ánodo con características mejoradas de apilamiento de electrodos, y a un procedimiento de fabricación del mismo, y más particularmente a un conjunto de electrodos que comprende una lámina de ánodo y un ánodo con características mejoradas de apilamiento de electrodos basadas en una porción de hombro, en el que la porción de hombro es maciza, puesto que es más gruesa que una lengüeta de ánodo convencional, y no presenta reflexión de la luz gracias a la aplicación de un material activo al formar el conjunto de electrodos, incluyendo el troquelado, el corte de un electrodo individual y el apilamiento, y a un procedimiento de fabricación del mismo.
[0005] Antecedentes de la invención
[0006] Recientemente, las baterías secundarias, que son capaces de cargarse y descargarse, se han utilizado ampliamente como fuentes de energía para dispositivos móviles inalámbricos. Además, las baterías secundarias también han atraído una atención considerable como fuentes de energía para vehículos eléctricos y vehículos híbridos eléctricos, que se han desarrollado para resolver problemas como la contaminación atmosférica causada por vehículos de gasolina y diésel que utilizan combustibles fósiles. Como resultado, está aumentando el número de aplicaciones que utilizan baterías secundarias gracias a las ventajas de estas baterías y, en el futuro, se espera que las baterías secundarias se apliquen a más aplicaciones y productos que en la actualidad.
[0007] En función de la configuración de los electrodos y de un electrolito, las baterías secundarias pueden clasificarse como batería de ion-litio, batería de ion-litio de polímero o batería de polímero de litio. Entre ellas, la batería de polímero de iones de litio se utiliza cada vez más porque tiene una baja posibilidad de fuga de electrolito y puede fabricarse fácilmente. En general, basándose en la forma de una carcasa de batería, las baterías secundarias se clasifican en batería cilíndrica que tiene un conjunto de electrodos montado en una cápsula metálica cilíndrica, una batería prismática que tiene un conjunto de electrodos montado en una cápsula metálica prismática y una batería en forma de bolsa que tiene un conjunto de electrodos montado en una carcasa en forma de bolsa hecha de una hoja laminada de aluminio.
[0008] Un conjunto de electrodos, que se monta en una carcasa de batería, es un elemento generador de energía configurado con una estructura que incluye un cátodo, un ánodo y un separador interpuesto entre el cátodo y el ánodo, y que puede cargarse y descargarse. El conjunto de electrodos se clasifica en un conjunto de electrodos de tipo bobina (jellyroll), que está configurado con una estructura en la que un cátodo de tipo lámina larga y un ánodo de tipo lámina larga, sobre los que se aplican materiales activos, se arrollan en un estado en el que un separador está interpuesto entre el cátodo y el ánodo, o en un conjunto de electrodos de tipo apilado, que está configurado con una estructura en la que una pluralidad de cátodos de tamaño predeterminado y una pluralidad de ánodos de tamaño predeterminado se apilan secuencialmente en un estado en el que los separadores están dispuestos respectivamente entre los cátodos y los ánodos.
[0009] La FIG.1 es una vista esquemática de un proceso de fabricación de un conjunto de electrodos apilado convencional. El documento KR20150089803A divulga un procedimiento y/o un aparato para fabricar conjuntos de electrodos. El documento US2016126516A1 divulga un módulo de batería. El documento DE102011083830A1 divulga un procedimiento para medir el espesor de un material de tipo banda recubierto con una capa fina, por ejemplo para la producción de OLED, y el documento KR101810025B1 divulga un procedimiento para medir el espesor de un material activo recubierto sobre una superficie de un electrodo.
[0010] Con referencia a la FIG.1, un conjunto de electrodos apilado 10 está configurado con una estructura tal que el conjunto de electrodos 10 incluye una placa de cátodo 1, una placa de ánodo 2 y un segundo separador apilado entre celdas unitarias que tienen un separador 5 interpuesto entre la placa de cátodo 1 y la placa de ánodo 2, y una lengüeta de cátodo 3 y una lengüeta de ánodo 4 que sobresalen de la placa de cátodo 1 y de la placa de ánodo 2 están unidas eléctricamente a un lado de la placa de cátodo 1 y de la placa de ánodo 2. La construcción descrita anteriormente también se aplica al conjunto de electrodos de tipo bobina (jelly-roll).
[0011] En la estructura del conjunto de electrodos apilado convencional es difícil aumentar la capacidad de una batería secundaria y, por lo tanto, existe un inconveniente en que no puede satisfacer la demanda de una batería secundaria de alta capacidad debida a la miniaturización o adelgazamiento de un dispositivo.
[0012] De manera adicional, cuando se produce un error en procesos de fabricación tales como un proceso de troquelado de una pluralidad de electrodos a partir de una lámina de electrodo que tiene una capa de mezcla de electrodo recubierta en uno o ambos lados de las placas de electrodo, o un proceso de alineación de electrodos, no solo se reduce la capacidad de la batería, sino que también se acorta la vida útil de la batería.
[0013] En particular, como se muestra en una fotografía de la FIG. 1 en la que la lengüeta de ánodo convencional está doblada, dado que la lengüeta de electrodo formada mediante troquelado está formada únicamente por una lámina metálica, puede no ser adecuada como línea de referencia para procesos posteriores debido a problemas tales como el doblado y la reflexión de la luz.
[0014] En un proceso general de troquelado o en un proceso de laminación, el corte o la laminación se realiza en función de la lengüeta de electrodo. Sin embargo, dado que la lengüeta de electrodo está formada solo por lámina metálica, la lengüeta de electrodo es más fina que la capa de mezcla sobre la que se aplica un material activo de electrodo, lo que da lugar a una baja eficiencia de proceso y a una elevada tasa de defectos.
[0015] Adicionalmente, la FIG.10 es una vista en sección transversal de un conjunto de electrodos según la técnica anterior. Con referencia a la FIG. 10, el conjunto de electrodos que constituye una celda de batería de tipo bolsa tiene una estructura en la que un separador 5 está interpuesto entre un cátodo 10 y un ánodo 20, y una capa de mezcla de cátodo 11 y una capa de mezcla de ánodo 21 que incluyen un material activo de electrodo están recubiertas en una o ambas superficies de una lámina de ánodo 200 y de una lámina de cátodo 400, que son colectores de corriente. La FIG.11 es una vista detallada de un colector de corriente de electrodo en el que se apilan una lámina de electrodo recubierta con un material activo de electrodo en ambas caras y un separador. Con referencia a la FIG.11, una capa de mezcla de cátodo 11 incluye un material activo de electrodo aplicado entre láminas de cátodo, que son colectores de corriente, y la capa de mezcla de cátodo 11 está configurada con una porción plana de cátodo 111 en la que el material activo de electrodo se aplica con un espesor uniforme, y una porción inclinada de cátodo 112 en la que el material activo de electrodo se aplica con una inclinación. Con referencia a la FIG.11, una capa de mezcla de ánodo 21 incluye un material activo de electrodo aplicado entre láminas de ánodo, que son colectores de corriente, y la capa de mezcla de ánodo 21 está configurada con una porción plana de ánodo 211 en la que el material activo de electrodo se aplica con un espesor uniforme y una porción inclinada de ánodo 212 en la que el material activo de electrodo se aplica con una inclinación.
[0016] Cuando un espesor t<N>de la capa de mezcla de ánodo se forma más grueso que un espesor t<P>de la capa de mezcla de cátodo, se mantienen las características de capacidad de la batería y también se mejora la seguridad de la batería. Un cátodo y un ánodo pueden estar recubiertos con un material activo catódico o un material activo anódico en una lámina en forma de lámina metálica como colector de corriente. El cátodo y el ánodo pueden tener partes deslizantes en las que se produce una diferencia de espesor recubierto en los extremos opuestos de la porción recubierta debido a propiedades físicas y químicas como la viscosidad y la composición del material activo.
[0017] Un ángulo β de la porción inclinada de ánodo es menor que un ángulo α de la porción inclinada de cátodo. La razón por la cual la inclinación de la porción inclinada de ánodo es más suave que la de la porción inclinada de cátodo es que la viscosidad del material activo del cátodo es mayor que la del ánodo, y por ello, la inclinación de la porción inclinada del ánodo es relativamente suave. Una longitud L<N>de la porción inclinada de ánodo en la dirección del ánodo es mayor que una longitud L<P>de la porción inclinada de cátodo en la dirección del cátodo.
[0018] Debido a las características de la formación de la capa de mezcla descrita anteriormente, hay una porción de inversión de la capacidad ánodo-cátodo 500 en la que se invierte la relación de capacidad ánodo-cátodo (relación N/P). La presencia de dicha porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo puede provocar la falta de espacio en el interior del ánodo 20 en el que pueden insertarse iones de litio desintercalados del cátodo 10 durante el proceso de carga y descarga repetido. A medida que los iones de litio se precipitan en forma de litio metálico sobre la superficie del ánodo o las impurezas metálicas incorporadas durante el proceso de fabricación de la batería se recristalizan, pueden producirse problemas de seguridad debido a un cortocircuito interno causado por las impurezas metálicas que atraviesan el separador y contactan con el cátodo.
[0019] La FIG. 12 muestra resultados experimentales de la medición de la relación de capacidad ánodo-cátodo para cada posición en la que se produce la porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo. El experimento se llevó a cabo con un dispositivo de medición de espesor de película fina (Rotary Caliper, MAYSUN IN JAPAN, RC-1W-1000). En el experimento, después de accionar un rodillo de inserción de electrodos y finalizar el calibrado tras el lavado, se inserta un electrodo cuyo espesor de película fina se va a medir entre los rodillos de inserción de electrodos y se hace avanzar el electrodo para medir el espesor. Se puede observar una porción recubierta con material activo de cátodo, que incluye la porción plana de cátodo y la porción inclinada de cátodo, y una porción recubierta con material activo de ánodo, que incluye la porción plana de ánodo y la porción inclinada de ánodo. Puede observarse la porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo 500 en una porción predeterminada de la porción inclinada de cátodo y de la porción inclinada de ánodo.
[0020] Para suprimir en la medida de lo posible la porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo, se ha adoptado un método en el que la capacidad seccional de un ánodo es mayor que la capacidad seccional de un cátodo en la posición en la que el ánodo y el cátodo se enfrentan entre sí con un separador interpuesto entre ellos. Sin embargo, con respecto a la mejora de la densidad energética, se han realizado investigaciones sobre el control de la capacidad transversal aplicada o recubierta en los bordes de los electrodos, pero hay dificultades para controlar el proceso.
[0021] Por lo tanto, existe la necesidad de desarrollar una tecnología de conjunto de electrodos que incluya una lámina de ánodo y un ánodo, y un procedimiento de fabricación del mismo, en el que se mejore la propiedad de apilamiento del electrodo basada en una porción de hombro, siendo la porción de hombro maciza por ser más gruesa que una lengüeta de electrodo convencional y al no presentar reflexión de la luz debido a la aplicación de un material activo, con el fin de cambiar el criterio de corte del electrodo en el proceso de laminación, mejorar la precisión de alineación durante el apilamiento y aumentar la eficacia de la inspección del hueco ACOH (Anode Cathode Overhang).
[0022] Documentos de la técnica anterior
[0023] (Documento de patente 1) Publicación de solicitud de patente japonesa n.º 2009-123752
[0024] (Documento de patente 2) Publicación de solicitud de patente coreana n.º 2015-0033933
[0025] (Documento de patente 3) Publicación de solicitud de patente japonesa n.º 2010-086813
[0026] Explicación de la invención
[0027] Problema técnico
[0028] La presente invención se ha realizado para resolver los problemas anteriores y otros problemas técnicos que aún no se han resuelto.
[0029] En particular, es un objeto de la presente invención proporcionar un conjunto de electrodo que incluya una hoja de ánodo y un ánodo, y un método de fabricación asociado, en el que se mejore la propiedad de apilamiento del electrodo basada en una porción de hombro, siendo la porción de hombro maciza por ser más gruesa que una lengüeta de electrodo convencional y al no presentar reflexión de la luz debido a la aplicación de material activo, con el fin de cambiar el criterio de corte del electrodo en el proceso de laminación, mejorar la precisión de alineación durante el apilamiento e incrementar la eficacia de la inspección del hueco entre cátodo y ánodo.
[0030] Solución técnica
[0031] La presente invención está definida en las reivindicaciones. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, los objetivos anteriores y otros se pueden lograr mediante la provisión de un procedimiento de fabricación de un ánodo para asegurar un hueco ACOH (Anode Cathode Overhang), comprendiendo el método una primera etapa de fabricación de un rodillo anódico, teniendo el rollo de ánodo una porción recubierta con material activo y una porción no recubierta formadas en una dirección de longitud completa (dirección del eje Y); una segunda etapa de troquelar el rollo de ánodo para formar una lengüeta de ánodo que comprende la porción recubierta con material activo y la porción no recubierta y una porción de hombro que comprende la porción recubierta con material activo a un intervalo predeterminado (A) en una dirección de anchura completa (dirección del eje X) del rollo de ánodo; y una tercera etapa de cortar el rollo de ánodo a un intervalo predeterminado (B) en la dirección de anchura completa (dirección del eje X) en función de la porción de hombro.
[0032] Es más, puede formarse una línea central de la porción de hombro en una dirección de longitud completa a un nivel alineado con una línea central de la lengüeta de cátodo de un cátodo.
[0033] Es más, una altura de la porción de hombro en la dirección de longitud completa, con respecto a un extremo periférico exterior de un ánodo, puede ser igual o inferior a una altura de la porción recubierta con material activo de la lengüeta de ánodo.
[0034] Es más, una anchura total (W6) de la porción de hombro puede comprender una anchura total de la lengüeta de cátodo y huecos ACOH a ambos lados de la lengüeta de cátodo.
[0035] Es más, una longitud total (L6) de la porción de hombro puede ser de 0,1 a 3 mm o más desde un extremo periférico exterior del ánodo.
[0036] Es más, un valor R de la porción de hombro puede ser de 0,1 a 3R o más.
[0037] De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, puede proporcionarse un ánodo que comprende una lengüeta de ánodo que incluye una porción recubierta con material activo y una porción no recubierta; y una porción de hombro que incluye la porción recubierta con material activo a un intervalo predeterminado (A), en el que la porción de hombro se forma en una posición enfrentada a una lengüeta de cátodo cuando se apila con un cátodo.
[0038] Es más, la anchura total (W6) de la porción de hombro puede incluir una anchura total de la lengüeta de cátodo y el hueco ACOH, y la longitud total (L6) de la porción de hombro puede incluir una longitud de la porción recubierta con material activo de la lengüeta de cátodo y el hueco ACOH.
[0039] Es más, puede no existir una porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo en la que una capacidad seccional de una porción inclinada de ánodo de la porción recubierta con material activo de la porción de hombro sea superior a una capacidad seccional de una porción inclinada de cátodo de la porción recubierta con material activo de la lengüeta de cátodo.
[0040] Es más, una relación de altura anódica (H<NTN2>/ H<NS>) de una altura (H<NTN2>) desde un extremo anódico (215) hasta un cuello de lengüeta anódica (214) y una altura (H<NS>) desde un punto de partida en el que se forma la porción de hombro en el extremo anódico hasta la porción recubierta de material activo es de 5,0 a 1.
[0041] De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, puede proporcionarse un conjunto de electrodos que comprende un cátodo en el que una lengüeta de cátodo sobresale de un extremo periférico exterior, y en el que una capa de mezcla de cátodo que comprende un material activo de cátodo está aplicada sobre una porción inferior de la lengüeta de cátodo y sobre un colector de corriente; un ánodo en el que una lengüeta de ánodo sobresale de un extremo periférico exterior y en el que una capa de mezcla de ánodo que comprende un material activo de ánodo está aplicada sobre una porción inferior de la lengüeta de ánodo y sobre un colector de corriente; y un separador interpuesto entre el cátodo y el ánodo, en el que el ánodo comprende una lengüeta de ánodo que incluye la porción recubierta con material activo y la porción no recubierta, y una porción de hombro que incluye la porción recubierta con material activo a un intervalo predeterminado (A) en una dirección de anchura completa (dirección del eje X), en donde la porción de hombro está formada en una posición enfrentada a la lengüeta de cátodo cuando se apila con el cátodo. Es más, la lengüeta de ánodo y la porción de hombro del ánodo pueden formarse conjuntamente en un extremo del ánodo en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y), o formarse en extremos opuestos del ánodo en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y).
[0042] De acuerdo con otro aspecto de la presente invención, puede proporcionarse un procedimiento de fabricación de un conjunto de electrodos para asegurar un hueco ACOH (Anode Cathode Overhang), comprendiendo el método detectar por visión la porción del hombro de un ánodo; y apilar de manera que una lengüeta de cátodo de un cátodo se sitúe en función de una anchura total o de una longitud total de la porción de hombro, en donde se mide un hueco ACOH entre la lengüeta de cátodo apilada y la porción de hombro para evitar el desalineamiento del apilamiento de un conjunto de electrodos, el ánodo se forma con una lengüeta de ánodo que incluye la porción recubierta con material activo y la porción no recubierta, y con la porción de hombro que incluye únicamente la porción recubierta con material activo a un intervalo predeterminado (A) en una dirección de anchura completa (dirección del eje X), y una anchura total de la porción de hombro incluye una anchura total de la lengüeta de cátodo y huecos ACOH a ambos lados de la lengüeta de cátodo.
[0043] El método puede comprender además apilar de manera que la lengüeta de cátodo del cátodo se sitúe en función de la anchura total o de la longitud total de la porción de hombro; y detectar por visión la porción de hombro del ánodo apilado por debajo de la lengüeta de cátodo del cátodo, en donde se miden un intervalo entre un extremo del cátodo apilado y un extremo del ánodo apilado en una dirección de longitud completa (dirección del eje Y) y el hueco ACOH entre la lengüeta de cátodo apilada y la porción de hombro para definir un hueco entre el cátodo y el ánodo.
[0044] Es más, el conjunto de electrodos puede tener una estructura de tipo apilado, tipo zig-zag, tipo bobina (jelly-roll) o de tipo apilado/plegado.
[0045] Es más, el conjunto de electrodos puede incluir una sola placa de electrodos y celdas unitarias que comprenden una bicelda que tiene la misma polaridad de placas de electrodos en ambas superficies externas o celdas completas que tienen diferentes polaridades de placas de electrodos en ambas superficies externas.
[0046] Es más, la lengüeta de cátodo y la lengüeta de ánodo pueden formarse en la misma dirección o en direcciones opuestas con respecto a la dirección de longitud completa (dirección del eje Y).
[0047] Es más, la presente invención puede proporcionar una célula de batería en la que el conjunto de electrodos fabricado por el método anterior se aloja en una caja de batería junto con un electrolito.
[0048] Es más, la presente invención puede proporcionar un paquete de baterías que incluya una o más de las celdas de la batería.
[0049] Es más, la presente invención puede proporcionar un dispositivo que incluye el paquete de baterías.
[0050] También se divulga en el presente documento, sin formar parte de las reivindicaciones, un método para medir el espesor de una capa de mezcla de electrodos, comprendiendo el método una primera etapa de preparación de una lámina de electrodo que comprende una capa de mezcla de electrodos;
[0051] una segunda etapa de inserción de la lámina de electrodo en al menos un par de rodillos de inserción de electrodos; una tercera etapa de desplazamiento de la lámina de electrodo en una dirección mientras los rodillos de inserción de electrodos giran; y
[0052] una cuarta etapa de obtención de un valor medido que comprende una relación de espesores de un ánodo, una relación de espesores de un cátodo y una relación de capacidad ánodo-cátodo midiendo un espesor de la capa de mezcla de electrodo formada sobre la lámina de electrodo mientras la lámina de electrodo se desplaza, en donde una lámina de ánodo de las láminas de electrodo está formada con una lengüeta de ánodo que incluye una porción recubierta con material activo y una porción no recubierta, y una porción de hombro que incluye la porción recubierta con material activo a un intervalo predeterminado (A).
[0053] El dispositivo puede seleccionarse entre un ordenador, un teléfono móvil, un dispositivo electrónico portátil, una herramienta eléctrica, un vehículo eléctrico (EV), un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico de dos ruedas, un carrito de golf eléctrico o un sistema de almacenamiento de energía.
[0054] La estructura y el procedimiento de fabricación del dispositivo son bien conocidos en la técnica a la que pertenece la presente invención, por lo que se omite una descripción detallada de los mismos.
[0055] Efectos ventajosos
[0056] Como se ha descrito anteriormente, el ánodo con una propiedad de apilamiento de electrodos mejorada, el conjunto de electrodos que comprende dicho ánodo y el procedimiento de fabricación del mismo según la presente invención tienen el efecto de reducir la aparición de errores al cambiar el corte del electrodo para basarlo en la porción de hombro del ánodo en el proceso de laminación.
[0057] Además, al apilar para formar un conjunto de electrodos, existe el efecto de reducir errores debidos al desalineamiento cuando el apilamiento se realiza basándose en las esquinas del electrodo.
[0058] Además, al apilar para formar un conjunto de electrodos, existe el efecto de mejorar la precisión de las mediciones del hueco ACOH midiendo la porción de hombro.
[0059] Además, proporciona un efecto de aumento de la capacidad del conjunto de electrodos mediante la aplicación eficiente de la capa de mezcla de electrodos que incluye el material activo del electrodo sobre un área mayor sin aumentar el volumen de una placa de electrodos.
[0060] Además, al formar un conjunto de electrodos, se produce un efecto de prevención de la aparición de una porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo, que es causada por una capa de mezcla de electrodo más fina que incluye un material activo de electrodo hacia los extremos del cátodo y el ánodo.
[0061] Por lo tanto, proporciona un efecto de mejora de la estabilidad, aumento de la capacidad y la vida útil de la batería secundaria.
[0062] Breve descripción de los dibujos
[0063] La FIG.1 es una vista esquemática que muestra un conjunto de electrodos unidireccional apilado convencional y un fenómeno de doblado de una lengüeta de electrodo del mismo.
[0064] La FIG. 2 es una vista esquemática que muestra placas de electrodo bidireccionales según una realización de la presente invención en comparación con placas de electrodo bidireccionales convencionales.
[0065] La FIG.3 es una vista esquemática que muestra placas de electrodo unidireccionales según una realización de la presente invención en comparación con placas de electrodo unidireccionales convencionales.
[0066] La FIG. 4 es una vista esquemática que muestra una placa de electrodo bidireccional que comprende un ánodo que incluye una porción de hombro según una realización de la presente invención.
[0067] La FIG.5 es una vista esquemática que ilustra una etapa de troquelado de un ánodo basándose en una porción de hombro mediante una prensa sobre la que se forma un molde según una realización de la presente invención. La FIG.6 es una vista en sección transversal que ilustra una etapa de troquelado de un ánodo basándose en una porción de hombro mediante una prensa según una realización de la presente invención.
[0068] La FIG. 7 es una vista esquemática que muestra la mejora de la precisión al apilar un electrodo unidireccional basándose en una porción de hombro según una realización de la presente invención en comparación con un problema de apilamiento de un electrodo unidireccional convencional.
[0069] La FIG.8 es una vista esquemática que muestra la mejora de la precisión de medida de un hueco entre un cátodo y un ánodo según una realización de la presente invención en comparación con un problema de apilamiento de un electrodo unidireccional convencional.
[0070] La FIG.9 es una vista esquemática de un conjunto de electrodos bidireccional en el que se forma una porción de hombro según una realización de la presente invención.
[0071] La FIG.10 es una vista en sección transversal de un conjunto de electrodos convencional.
[0072] La FIG.11 es una vista en sección transversal ampliada que muestra la existencia de una porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo del conjunto de electrodos convencional.
[0073] La FIG. 12 muestra los resultados experimentales que confirman la existencia de la porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo en función de una relación de capacidad ánodo-cátodo del conjunto de electrodos convencional.
[0074] La FIG.13 es una comparación entre una vista en planta del conjunto de electrodos convencional en el que está presente la porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo y una vista en planta de un conjunto de electrodos en el que se forma una porción de hombro de la que se ha eliminado la porción de inversión de capacidad ánodocátodo en un conjunto de electrodos unidireccional según una realización de la presente invención.
[0075] Realización preferente de la invención
[0076] En lo sucesivo, la presente invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos adjuntos según una realización de la presente invención, pero esto tiene por objeto facilitar la comprensión de la presente invención y el alcance de la misma se define en las reivindicaciones adjuntas.
[0077] ACOH (Anode Cathode Overhang) se refiere a un hueco entre un cátodo y un ánodo necesario para la estabilidad de la batería del ánodo y el cátodo al construir una batería secundaria.
[0078] Un cuello de lengüeta de electrodo se refiere a una región recubierta de una lengüeta de electrodo formada sobre una lámina de electrodo mediante troquelado. El cuello de lengüeta de electrodo puede incluir una porción inclinada recubierta con material activo y una porción plana.
[0079] Una lámina de electrodo es un electrodo unitario troquelado y cortado a partir de un rollo de electrodo.
[0080] Un conjunto de electrodos se refiere a una celda unitaria en la que se apilan un ánodo, un separador y un cátodo. En la presente invención, un conjunto de electrodos bidireccional significa una batería de tamaño medio o grande, como un vehículo eléctrico, y un conjunto de electrodos unidireccional significa un conjunto de electrodos aplicado a una batería pequeña como un dispositivo móvil.
[0081] El conjunto de electrodos de la presente invención puede presentar una estructura de tipo apilado, de tipo zig-zag (véase KR 10-1634772 B1) o de tipo apilado/plegado.
[0082] Un rollo de electrodo es un cuerpo unitario obtenido generalmente arrollando una lámina de electrodo que presenta una única porción recubierta con material activo y una porción no recubierta al hender una lámina que presenta una pluralidad de porciones recubiertas con material activo y una pluralidad de porciones no recubiertas.
[0083] Una porción de hombro de la presente invención está configurada para formarse en una parte del ánodo en la que se solapa una porción en la que se forma una lengüeta de cátodo del cátodo al formar el conjunto de electrodos.
[0084] La porción de hombro se forma incluyendo una porción recubierta con material activo de un rollo de ánodo al formar una lámina de ánodo.
[0085] Cuando la porción de hombro se solapa con la lengüeta de cátodo mediante apilamiento, presenta un hueco ACOH en las direcciones de anchura completa y de longitud completa.
[0086] Los valores numéricos o valores de referencia presentados en la presente invención son valores de diseño, y se espera de manera natural que exista un error de proceso cuando se aplica un proceso real.
[0087] La FIG.1 es una vista esquemática que muestra un conjunto de electrodos unidireccional apilado convencional y un fenómeno de doblado de una lengüeta de electrodo del mismo.
[0088] La FIG. 2 es una vista esquemática que muestra placas de electrodo bidireccionales según una realización de la presente invención en comparación con placas de electrodo bidireccionales convencionales.
[0089] La FIG. 3 es una vista esquemática que muestra placas de electrodo unidireccionales según una realización de la presente invención en comparación con placas de electrodo unidireccionales convencionales.
[0090] Con referencia a las FIG.1 a 3, el conjunto de electrodos según la presente invención presenta una estructura en la que un separador 5 está interpuesto entre una placa de cátodo 1 y una placa de ánodo 2, comprendiendo el conjunto de electrodos la placa de cátodo 1, la placa de ánodo 2 y el separador 5.
[0091] La configuración de las placas de electrodos convencionales 1 y 2 se muestra en el lado izquierdo de las FIGS.2 y 3, y la configuración de las placas de electrodos según una realización de la presente invención se muestra en el lado derecho de las FIGS. 2 y 3. Las placas de electrodos de la presente invención tienen forma cuadrada en vista en planta, y la FIG.4 muestra una vista parcialmente ampliada de las placas de electrodos de la presente invención.
[0092] En la placa de cátodo 1, una lengüeta de cátodo 3 sobresale desde un extremo periférico exterior en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y), y una capa de mezcla de cátodo 11 que incluye un material activo de cátodo está aplicada sobre una porción inferior 31 de la lengüeta de cátodo que sobresale de la placa de cátodo 1 y sobre un colector de corriente de cátodo.
[0093] En la placa de ánodo 2, una lengüeta de ánodo 4 sobresale desde un extremo periférico exterior en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y), y una capa de mezcla de ánodo 21 que incluye un material activo de ánodo está aplicada sobre una porción inferior 41 de la lengüeta de ánodo que sobresale de la placa de ánodo 2 y sobre un colector de corriente de ánodo.
[0094] La placa de ánodo 2 tiene un área relativamente mayor que la placa de cátodo 1, y la lengüeta de cátodo 3 y la lengüeta de ánodo 4 están formadas en la misma dirección (dirección del eje Y) de modo que presentan extremos sobresalientes de la misma longitud.
[0095] Una longitud L1 de la placa de ánodo tiene un tamaño igual a la suma de una longitud L2 de la placa de cátodo, una longitud L11 de un extremo superior de la placa de ánodo y una longitud L12 de un extremo inferior de la placa de ánodo, en que la longitud L11 del extremo superior de la placa de ánodo y la longitud L12 del extremo inferior de la placa de ánodo se extienden más allá de los extremos periféricos exteriores de la placa de cátodo.
[0096] La placa de ánodo y la placa de cátodo están configuradas con una estructura en la que la placa de ánodo y la placa de cátodo se apilan en un estado en el que la placa de ánodo y la placa de cátodo están alineadas en función de una línea central C–C' de manera que los centros de la placa de ánodo y de la placa de cátodo queden alineados entre sí. La longitud L11 del extremo superior de la placa de ánodo puede extenderse 0,1 mm o más por encima de un extremo superior de la placa de cátodo. Si es inferior al valor numérico anterior, puede producirse un cortocircuito debido a un error de proceso al formar un conjunto de electrodos mediante un proceso de laminación y apilamiento.
[0097] Los extremos periféricos exteriores de cada lado de la forma cuadrada de la placa de ánodo se extienden 0,1 mm más que los extremos periféricos exteriores de cada lado de la placa de cátodo, y dentro de este intervalo se incluye un margen de error del proceso de fabricación.
[0098] Esto significa que los valores de L11, L12, W11 y W12 son de 0,1 mm o más. Las normas internacionales generales exigen un valor de 0,1 mm o más. Si es inferior al valor numérico anterior, puede producirse un cortocircuito debido a un error de proceso al formar un conjunto de electrodos mediante un proceso de laminación y apilamiento.
[0099] Una longitud UNIDI-L11, que se extiende más allá de un extremo superior de la placa de cátodo unidireccional convencional desde un extremo superior de la placa de ánodo unidireccional convencional (la dirección en la que se forma una lengüeta de electrodo), es superior a una longitud UNIDI-L12, que se extiende más allá de un extremo inferior de la placa de cátodo unidireccional convencional desde un extremo inferior de la placa de ánodo unidireccional convencional (la dirección en la que no se forma una lengüeta de electrodo). Es decir, UNIDI-L11 > UNIDI-L12. Al comparar la longitud de la placa de cátodo unidireccional según la presente invención con la longitud de la placa de cátodo unidireccional convencional, la longitud de la placa de cátodo unidireccional según la presente invención es mayor que la longitud de la placa de cátodo unidireccional convencional, lo que da lugar a una diferencia de longitud, y puede manifestarse el efecto de aumento de capacidad debido a esta diferencia.
[0100] Una longitud BIDI-L12, que se extiende más allá de un extremo superior de la placa de cátodo bidireccional convencional desde un extremo inferior de la placa de ánodo bidireccional convencional (la dirección en la que no se forma la lengüeta de ánodo), es igual o inferior a una longitud BIDI-L11, que se extiende más allá de un extremo inferior de la placa de cátodo bidireccional convencional desde un extremo inferior de la placa de ánodo bidireccional convencional. Es evidente que la diferencia en los valores de longitud se debe a un error de proceso que se produce durante el hendido, el troquelado y el corte al aplicar el proceso real a los valores de diseño.
[0101] Al comparar una longitud L22 de la placa de cátodo bidireccional según la presente invención con una longitud L2 de la placa de cátodo bidireccional convencional, la longitud L22 de la placa de cátodo bidireccional según la presente invención es mayor que la longitud L2 de la placa de cátodo bidireccional convencional, lo que da lugar a una diferencia de longitud L22-2, y puede manifestarse el efecto de aumento de capacidad debido a esta diferencia.
[0102] La longitud L12 en la que el extremo inferior de la placa de ánodo bidireccional según la presente invención se extiende más allá del extremo inferior de la placa de cátodo bidireccional según la presente invención es menor que la longitud extendida BIDI-L12 de la correspondiente placa de ánodo bidireccional convencional. La longitud L11, que se extiende más allá del extremo superior de la placa de cátodo bidireccional según la presente invención, es igual a la longitud extendida BIDI-L12 de la correspondiente placa de ánodo bidireccional convencional.
[0103] La FIG.4 es una vista esquemática que muestra una placa de electrodo bidireccional que comprende un ánodo que incluye una porción de hombro según una realización de la presente invención.
[0104] Una porción de hombro 6 tiene una forma rectangular plana, y una longitud sobresaliente L6 de la porción de hombro 6 es mayor que una porción inferior 31 de una lengüeta de cátodo a la que se aplica una capa de mezcla de cátodo 11.
[0105] La porción de hombro 6 se forma en una placa de ánodo frente a la lengüeta de cátodo, y una capa de mezcla de ánodo se aplica sobre una porción de la placa de ánodo correspondiente a la porción inferior 31 de la lengüeta de cátodo a la que se aplica la capa de mezcla de cátodo.
[0106] La porción de hombro 6 tiene un área relativamente mayor que la porción inferior 31 de la lengüeta de cátodo a la que se aplica la capa de mezcla de cátodo.
[0107] Los extremos periféricos exteriores de la porción de hombro 6 pueden tener una longitud total L61 de la porción de hombro y una anchura total W6 de la porción de hombro, estando la longitud total L61 de la porción de hombro y la anchura total W6 de la porción de hombro extendidas 0,1 mm o más desde los extremos periféricos exteriores de la lengüeta de cátodo, a la que se aplica la capa de mezcla de cátodo, en una dirección de anchura completa y en una dirección de longitud completa. Si no se cumple el intervalo numérico anterior, pueden producirse problemas tales como cortocircuitos al formar un conjunto de electrodos mediante un proceso de laminación y apilamiento.
[0108] Una longitud total L6 de la porción de hombro, que es la longitud sobresaliente de la porción de hombro 6, se extiende relativamente más que el área de la porción inferior de la lengüeta de cátodo, y la anchura total W6 de la porción de hombro 6 es relativamente mayor que una anchura W31 de la porción inferior de la lengüeta de cátodo.
[0109] El área en la que se aplica la capa de mezcla de ánodo de la placa de ánodo, que incluye una porción inferior 41 de una lengüeta de ánodo y la porción de hombro 6, es mayor que el área en la que se aplica la capa de mezcla de cátodo de la placa de cátodo.
[0110] En un proceso general de troquelado o en un proceso de laminación, el corte o la laminación se realizan basándose en una lengüeta de electrodo. Sin embargo, dado que la lengüeta de electrodo está formada solo por lámina metálica, la lengüeta de electrodo es más fina que la capa de mezcla sobre la que se aplica un material activo de electrodo, lo que da lugar a una baja eficiencia de proceso y a una elevada tasa de defectos.
[0111] Por lo tanto, se proporcionan un electrodo y un procedimiento de fabricación de un conjunto de electrodos basados en una porción de hombro, siendo la porción de hombro maciza por ser más gruesa que una lengüeta de electrodo convencional y al no presentar reflexión de la luz debido a la aplicación de material activo, con el fin de cambiar el criterio de corte del electrodo en el proceso de laminación, mejorar la precisión de alineación durante el apilamiento y aumentar la eficacia de la inspección del hueco ACOH (Anode Cathode Overhang).
[0112] La FIG.5 es una vista esquemática que ilustra una etapa de troquelado de un ánodo basándose en una porción de hombro mediante una prensa sobre la que se forma un molde según una realización de la presente invención. En general, se realiza un proceso de prensado de rodillos de forma que se colocan rodillos calentados en las superficies superior e inferior de un cuerpo procesado por electrodos sobre el que se aplica una pasta de electrodos que incluye un material activo de electrodos, y los rodillos calentados prensan la pasta de electrodos en una dirección del cuerpo procesado por electrodos. En el proceso de prensado de rodillos, se evapora el disolvente que queda en la pasta de electrodo, y la pasta de electrodo se comprime y se cura sobre el electrodo para formar una capa de mezcla de electrodo que tiene una densidad de energía mejorada. Posteriormente, se realiza un proceso para procesar una forma exterior de un electrodo establecido.
[0113] En un proceso de corte longitudinal del cuerpo electroprocesado del proceso de prensa de rodillos, un colector de corriente de electrodo recubierto con la mezcla de electrodos, de chapa metálica alargada en una dirección, se corta con una cuchilla y el electrodo colector de corriente se divide en tiras de electrodos. En particular, una dirección Y es una dirección de longitud completa de una lámina metálica, y una dirección X es una dirección longitudinal de una lámina metálica, que es un ancho completo.
[0114] Como método de fabricación de un ánodo para asegurar un hueco ACOH (Anode Cathode Overhang), puede proporcionarse el método que comprende un primer paso de fabricación de un rollo de ánodo, teniendo el rollo de ánodo una porción recubierta con material activo y una porción no recubierta formadas en una dirección de longitud completa (dirección del eje Y); una segunda etapa que consiste en realizar muescas en una lengüeta anódica que comprende la porción revestida de material activo y la porción no revestida en un intervalo predeterminado (A) en una dirección de anchura total (dirección del eje X) de la lámina anódica, y una porción de hombro que incluye únicamente la porción revestida de material activo; y una tercera etapa de corte en un intervalo predeterminado (B) en una dirección de anchura total (dirección del eje X) basado en la porción de hombro.
[0115] Puede haber una placa de ánodo en la que la lengüeta de ánodo sobresale de un extremo periférico exterior, y una capa de mezcla de ánodo que incluye un material activo anódico se aplica sobre una porción inferior de la lengüeta de ánodo y sobre un colector de corriente.
[0116] La lengüeta de ánodo sobresale desde un extremo periférico exterior en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y) en la placa de ánodo, y la capa de mezcla de ánodo que incluye el material activo de ánodo está aplicada sobre la porción inferior de la lengüeta de ánodo que sobresale de la placa de ánodo y sobre un colector de corriente de ánodo.
[0117] El intervalo predeterminado A puede ser la anchura completa de un único ánodo.
[0118] La anchura completa del ánodo puede estar entre 1 y 500 mm, preferiblemente entre 10 y 200 mm. En este caso, es evidente que el intervalo predeterminado A puede variar en función de la capacidad de diseño de una batería.
[0119] El intervalo predeterminado B puede ser la distancia desde un extremo de la porción de hombro hasta una línea de delimitación que se corta para formar el ánodo individual en la dirección de anchura completa.
[0120] El intervalo predeterminado B puede estar entre 1 y 300 mm, preferiblemente entre 5 y 100 mm. En este caso, es evidente que el intervalo predeterminado B puede variar en función de la capacidad de diseño de una batería.
[0121] La FIG. 6 es una vista en sección transversal que ilustra una etapa de troquelado de un ánodo basándose en una porción de hombro mediante una prensa según una realización de la presente invención.
[0122] Con referencia a las FIG. 5 y 6, las piezas de trabajo de electrodos fabricadas mediante un proceso de hendido se someten a un proceso de troquelado en el que se conforma la forma de una lengüeta de electrodo utilizando un molde o un láser. Específicamente, las piezas de trabajo de electrodos se cortan utilizando moldes para conformar la forma de la lengüeta de electrodo y la forma de una porción recubierta que está recubierta con una mezcla de electrodo. Además, puede conformarse la forma de una porción de hombro que incluye una capa de mezcla de ánodo de la presente invención.
[0123] El proceso de troquelado de este tipo en modo de alimentación continua es un método en el que una prensa transporta y prensa simultáneamente una lámina de electrodo, y se caracteriza porque la lámina de electrodo prensada se alimenta de forma continua sin detenerse. Describiendo esta forma de alimentación continua, incluye una prensa 100 para prensar una hoja de ánodo 200 con una forma predeterminada y un alimentador 300 para alimentar la hoja de ánodo a la prensa, y la prensa también sirve como alimentador. Es decir, la prensa presiona la hoja de ánodo y, al mismo tiempo, transporta la mitad de una longitud de transporte, y el alimentador de reserva transporta continuamente la hoja de ánodos en un estado en el que el alimentador transporta la longitud de transporte restante. La lámina de ánodo se transporta de forma continua a una velocidad predeterminada.
[0124] La FIG. 7 es una vista esquemática que muestra la mejora de la precisión al apilar un electrodo unidireccional basándose en una porción de hombro según una realización de la presente invención en comparación con un problema de apilamiento de un electrodo unidireccional convencional.
[0125] Para aumentar la precisión del apilamiento de los electrodos al formar el conjunto de electrodos unidireccional convencional mostrado en el lado izquierdo de la FIG.7, X, Y y Θ se ajustaron mediante bordes de exploración de los electrodos. Sin embargo, a medida que avanza el apilamiento, como se muestra en la FIG.7, X se distorsionó en X' y X", Y se distorsionó en Y' e Y", y también se produjeron cambios en los valores. X, Y, y Θ se ajustaron escaneando una porción en la que se apilan la porción de hombro y la lengüeta catódica de la presente invención. Como resultado, se mejoró la precisión del apilamiento.
[0126] La FIG.8 es una vista esquemática que muestra la mejora de la precisión de medida de un hueco entre un cátodo y un ánodo según una realización de la presente invención en comparación con un problema de apilamiento de un electrodo unidireccional convencional.
[0127] Al apilar para formar el conjunto de electrodos unidireccional convencional mostrado en el lado izquierdo de la FIG.8, la precisión del proceso de apilamiento se medía midiendo un hueco entre el cátodo y el ánodo. En este momento, el hueco entre el cátodo y el ánodo debía medirse midiendo al menos dos bordes de los electrodos apilados.
[0128] En el caso de la presente invención, fue posible mejorar la precisión del proceso de apilamiento midiendo un hueco entre el cátodo y el ánodo escaneando únicamente una porción en la que se formaban una porción de hombro y una lengüeta de cátodo.
[0129] Una línea central de la porción de hombro en una dirección de longitud completa puede estar alineada con una línea central de una lengüeta de cátodo del cátodo.
[0130] Es evidente que la alineación de la línea central de la porción de hombro en la dirección de longitud completa con la línea central de la lengüeta de cátodo del cátodo es un criterio de diseño y puede corresponder a un valor central de la variación de proceso en el proceso real de producción en masa. Por lo tanto, puede esperarse suficientemente la formación de una lámina de ánodo formada con una porción de hombro parcialmente fuera de la alineación de las líneas centrales.
[0131] En una placa de cátodo, una lengüeta de cátodo sobresale de un extremo periférico exterior en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y), y una capa de mezcla de cátodo que incluye un material activo de cátodo se aplica sobre una porción inferior de la lengüeta de cátodo que sobresale de la placa de cátodo y sobre un colector de corriente de cátodo.
[0132] Una altura, en la dirección de longitud completa, de la porción de hombro con base en un extremo periférico exterior de la placa de ánodo puede ser igual o inferior a una altura de la porción recubierta con material activo de la lengüeta de ánodo.
[0133] La altura, en la dirección de longitud completa, de la porción de hombro con base en el extremo periférico exterior de la placa de ánodo puede ser superior a una altura de la porción recubierta con material activo de la lengüeta de cátodo. Una anchura total de la porción de hombro puede comprender una anchura total de la lengüeta de cátodo y huecos ACOH a ambos lados de la lengüeta de cátodo.
[0134] Si no se aseguran los valores numéricos anteriores, no puede esperarse mejorar la productividad en masa del producto ni la procesabilidad. Además, la tasa de defectos puede aumentar al soldar lengüetas de electrodo.
[0135] Una longitud total L6 de la porción de hombro puede ser de 0,1 a 3 mm desde un extremo exterior del ánodo para servir de referencia al apilar el conjunto de electrodos. Cuando se supera el límite inferior, pueden producirse problemas de seguridad. La longitud total de la porción de hombro debe ser mayor o igual que el límite inferior a fin de asegurar el hueco ACOH y servir de referencia al apilar electrodos. Si se supera el límite superior, una porción recubierta puede sobresalir del separador y puede producirse una pérdida innecesaria de electrodo.
[0136] Un valor R de la porción de hombro puede estar entre 0,1R y 3R para la conexión entre electrodos. Cuando el valor R de la porción de hombro queda fuera de este intervalo, la calidad del electrodo puede deteriorarse.
[0137] Puede proporcionarse un ánodo formado con una lengüeta de ánodo que incluye la porción recubierta con material activo y la porción no recubierta, y una porción de hombro que incluye únicamente la porción recubierta con material activo, formada a un intervalo predeterminado A en una dirección de anchura completa (dirección del eje X), en donde una línea central en la dirección de anchura completa de la porción de hombro está alineada con una línea central de una lengüeta de cátodo, y una anchura total de la porción de hombro comprende una anchura total de la lengüeta de cátodo y huecos ACOH a ambos lados de la lengüeta de cátodo.
[0138] La lengüeta de ánodo y la porción de hombro pueden formarse conjuntamente en un extremo del ánodo en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y) o formarse en extremos opuestos del ánodo en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y).
[0139] Puede existir un procedimiento de fabricación de un conjunto de electrodos, comprendiendo el método: detectar por visión una porción de hombro de un ánodo; y apilar de manera que una lengüeta de cátodo de una lámina de cátodo se sitúe en función de una anchura total o de una longitud total de la porción de hombro, en donde se mide un hueco ACOH entre la lengüeta de cátodo apilada y la porción de hombro para evitar el desalineamiento del apilamiento de un conjunto de electrodos, el ánodo se forma con una lengüeta de ánodo que incluye una porción recubierta con material activo y una porción no recubierta, y con la porción de hombro que incluye únicamente la porción recubierta con material activo a un intervalo predeterminado (A) en una dirección de anchura completa (dirección del eje X), una línea central de la porción de hombro en una dirección de longitud completa está alineada con una línea central de la lengüeta de cátodo; y una anchura total de la porción de hombro comprende una anchura total de la lengüeta de cátodo y huecos ACOH a ambos lados de la lengüeta de cátodo.
[0140] Puede existir un procedimiento de fabricación de un conjunto de electrodos, el método comprende: apilar de modo que la lengüeta de cátodo del cátodo se sitúe en función de la anchura total o de la longitud total de la porción de hombro; y detectar por visión la porción de hombro del ánodo apilado por debajo de la lengüeta de cátodo del cátodo, en donde se miden un intervalo entre un extremo del cátodo apilado y un extremo del ánodo apilado en una dirección de longitud completa (dirección del eje Y) y el hueco ACOH entre la lengüeta de cátodo apilada y la porción de hombro para definir un hueco entre el cátodo y el ánodo.
[0141] En el método de fabricación de un conjunto de electrodos, el conjunto de electrodos puede presentar una estructura de tipo apilado, de tipo zig-zag, de tipo bobina (jelly-roll) o de tipo apilado/plegado.
[0142] En el método de fabricación de un conjunto de electrodos, el conjunto de electrodos puede estar constituido por una única placa de electrodo y celdas unitarias que comprenden una bicelda que presenta la misma polaridad de placas de electrodo en ambas superficies exteriores, o celdas completas que presentan polaridades diferentes de placas de electrodo en ambas superficies exteriores.
[0143] En el método de fabricación de un conjunto de electrodos, la lengüeta de cátodo y la lengüeta de ánodo pueden formarse en la misma dirección o en direcciones opuestas con respecto a una dirección de longitud completa (dirección del eje Y).
[0144] Puede proporcionarse una celda de batería que incluye el conjunto de electrodos fabricado mediante el procedimiento de fabricación del conjunto de electrodos, en el que el conjunto de electrodos está alojado junto con un electrolito en una carcasa de batería.
[0145] Puede proporcionarse un paquete de baterías que incluye una o más de las celdas de batería.
[0146] Puede proporcionarse un dispositivo que incluye el paquete de baterías.
[0147] Además, una capacidad seccional de una porción inclinada de ánodo de la porción recubierta con material activo de la porción de hombro puede ser superior a una capacidad seccional de una porción inclinada de cátodo de la porción recubierta con material activo de la lengüeta de cátodo.
[0148] Además, una relación de altura de ánodo H<NTN2>/ H<NS>de una altura H<NTN2>desde el cuello de la pestaña de ánodo 214 como punto de partida hasta la porción recubierta de material activo de la lengüeta de ánodo y una altura H<NS>desde un punto de partida en el que se forma la porción de hombro hasta la porción recubierta de material activo es de 5,0 a 1.
[0149] Es decir, la lámina de ánodo que incluye la porción de hombro puede troquelarse desplazándola hacia arriba o hacia abajo en la dirección de longitud completa en la posición de entrada de la lámina de ánodo donde se forma el troquelado en la lámina de ánodo convencional. La condición de troquelado puede llevarse a cabo a entre 0,1 y 1,5 mm por encima de la condición existente.
[0150] A través de estas mejoras, es posible mejorar la evaluación de la estabilidad, la capacidad de proceso y el hueco ACOH del conjunto de electrodos.
[0151] La porción de hombro puede estar en contacto con el cuello de la lengüeta de cátodo, y la porción de hombro puede solaparse con una porción recubierta, que es una porción recubierta con material activo del cátodo, cuando el ánodo con la porción de hombro formada y el cátodo se apilan.
[0152] La porción de hombro formada en el ánodo debe formarse sobre la porción recubierta.
[0153] Además, la porción de hombro formada en el ánodo debe ser mayor que el cuello de la lengüeta de cátodo.
[0154] Por consiguiente, la altura de la porción de hombro no puede ser superior al límite inferior del cuello de la lengüeta de ánodo. La razón de ello es evitar un cortocircuito debido al contacto entre láminas, que son láminas metálicas que constituyen el electrodo, dado que el contacto entre porciones no recubiertas a las que no se aplica el material activo del cátodo ni el material activo del ánodo provoca un cortocircuito, con el consiguiente riesgo de incendio.
[0155] La FIG.13 es una vista en planta de la FIG.11 antes y después de aplicar la presente invención. Un lado superior de la FIG.13, que es anterior a una aplicación de la presente invención, es una vista en planta del ánodo y el cátodo de la FIG.11, y puede observarse que existe una altura H<NTN1>desde el cuello de lengüeta de ánodo 214 hasta la porción recubierta con material activo y una porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo 500.
[0156] En una parte inferior de la FIG.13, que es posterior a una aplicación de la presente invención, puede observarse que en la porción plana del ánodo se forma una altura H<NS>desde un punto de partida en el que se forma una porción de hombro 6 en el ánodo hasta la porción recubierta de material activo hasta la porción inclinada del ánodo.
[0157] La altura H<NTN1>desde el cuello de la lengüeta anódica 214 antes de una aplicación de la presente invención a la porción recubierta de material activo es menor que la altura H<NTN2>desde el cuello de la lengüeta anódica 214 después de una aplicación de la presente invención a la porción recubierta de material activo. Por consiguiente, es posible eliminar la formación de la porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo.
[0158] El ánodo después de una aplicación de la presente invención puede moverse en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y) que el ánodo antes de una aplicación de la presente invención para formar una porción de hombro. Cuando el ánodo está fuera de este rango, puede producirse la porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo, dando lugar a problemas de seguridad de la batería.
[0159] Un experto en la materia a la que pertenece la presente invención apreciará que son posibles diversas aplicaciones y modificaciones basándose en la descripción anterior, sin apartarse del alcance de la presente invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
[0160] Descripción de los números de referencia
[0161] 1: Placa de cátodo
[0162] 10: Cátodo
[0163] 11: Capa de mezcla de cátodo
[0164] 111: Porción plana de cátodo
[0165] 112: Porción inclinada de cátodo
[0166] 113: Porción no recubierta de cátodo
[0167] 114: Cuello de la lengüeta de cátodo
[0168] 2: Placa de ánodo
[0169] 20: Ánodo
[0170] 21: Capa de mezcla de ánodo
[0171] 211: Porción plana de ánodo
[0172] 212: Porción inclinada de ánodo
[0173] 213: Porción no recubierta de ánodo
[0174] 214: Cuello de lengüeta de ánodo
[0175] 3: Lengüeta de cátodo
[0176] 31: Porción inferior de la lengüeta de cátodo
[0177] 4: Lengüeta de ánodo
[0178] 41: Porción inferior de la lengüeta de ánodo
[0179] 5: Separador
[0180] 6: Porción de hombro
[0181] 100: Prensa
[0182] 110: Prensa inferior
[0183] 200: Lámina de ánodo
[0184] 210: Molde
[0185] 220: Molde de lengüeta de ánodo
[0186] 230: Molde de porción de hombro
[0187] 300: Alimentador de láminas
[0188] 400: Lámina de cátodo
[0189] 500: Porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo
[0190] Aplicabilidad industrial
[0191] Como se ha descrito anteriormente, el ánodo con una propiedad de apilamiento de electrodos mejorada, el conjunto de electrodos que comprende dicho ánodo y el procedimiento de fabricación del mismo según la presente invención tienen el efecto de reducir la aparición de errores al cambiar el corte del electrodo para basarlo en la porción de hombro del ánodo en el proceso de laminación.
[0192] Además, al apilar para formar un conjunto de electrodos, existe el efecto de reducir errores debidos al desalineamiento cuando el apilamiento se realiza basándose en las esquinas del electrodo.
[0193] Además, al apilar para formar un conjunto de electrodos, existe el efecto de mejorar la precisión de las mediciones del hueco ACOH midiendo la porción de hombro.
[0194] Además, proporciona un efecto de aumento de la capacidad del conjunto de electrodos mediante la aplicación eficiente de la capa de mezcla de electrodos que incluye el material activo del electrodo sobre un área mayor sin aumentar el volumen de una placa de electrodos.
[0195] Además, al formar un conjunto de electrodos, se produce un efecto de prevención de la aparición de una porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo, que es causada por una capa de mezcla de electrodo más fina que incluye un material activo de electrodo hacia los extremos del cátodo y el ánodo.
[0196] Por lo tanto, proporciona un efecto de mejora de la estabilidad, capacidad y vida útil de la batería secundaria.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES
1. Un ánodo que comprende:
una lengüeta de ánodo que sobresale de un extremo exterior del ánodo en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y), comprendiendo la lengüeta de ánodo una porción recubierta con material activo y una porción no recubierta; y
una porción de hombro que comprende la porción recubierta con material activo a un intervalo predeterminado (A), en donde una altura de la porción de hombro en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y), a partir de un extremo periférico exterior del ánodo, es igual o inferior a una altura de la porción recubierta con material activo de la lengüeta de ánodo.
2. El ánodo según la reivindicación 1, en donde una relación de alturas del ánodo (H<NTN2>/ H<NS>) entre una altura (H<NTN2>) desde un extremo de ánodo (215) hasta un cuello de lengüeta de ánodo (214) y una altura (H<NS>) desde un punto de inicio en el que se forma la porción de hombro en el extremo de ánodo hasta la porción recubierta con material activo es de 5,0 a 1.
3. Un método de fabricación de un ánodo según la reivindicación 1 para asegurar una separación ACOH (sobresaliente ánodo-cátodo), comprendiendo el método:
una primera etapa de fabricación de un rollo de ánodo, teniendo el rollo de ánodo una porción recubierta con material activo y una porción no recubierta formadas en una dirección de longitud completa (dirección del eje Y); una segunda etapa de realizar el troquelado del rollo de ánodo para formar una lengüeta de ánodo que comprende la porción recubierta con material activo y la porción no recubierta y una porción de hombro que comprende la porción recubierta con material activo a un intervalo predeterminado (A) en una dirección de anchura completa (dirección del eje X) del rollo de ánodo, en donde una altura de la porción de hombro en la dirección de longitud completa a partir de un extremo periférico exterior del ánodo puede ser igual o inferior a una altura de la porción recubierta con material activo de la lengüeta de ánodo; y
una tercera etapa de cortar el rollo de ánodo a un intervalo predeterminado (B) en la dirección de anchura completa (dirección del eje X) en función de la porción de hombro.
4. El método según la reivindicación 3, en donde una longitud total (L6) de la porción de hombro es de 0,1 a 3 mm o más desde un extremo exterior del ánodo.
5. Un conjunto de electrodos, que comprende:
un cátodo en el que una lengüeta de cátodo sobresale de un extremo exterior y en el que una capa de mezcla de cátodo que comprende un material activo de cátodo está aplicada sobre una porción inferior de la lengüeta de cátodo y sobre un colector de corriente;
un ánodo según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en donde una lengüeta de ánodo sobresale de un extremo exterior en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y) y en el que una capa de mezcla de ánodo que comprende un material activo de ánodo está aplicada sobre una porción inferior de la lengüeta de ánodo y sobre un colector de corriente; y un separador interpuesto entre el cátodo y el ánodo,
en donde el ánodo está formado con la lengüeta de ánodo que comprende una porción recubierta con material activo y una porción no recubierta, y una porción de hombro que comprende la porción recubierta con material activo a un intervalo predeterminado (A),
en donde el ánodo tiene un área mayor que el cátodo, y la lengüeta de cátodo y la lengüeta de ánodo están formadas en la misma dirección (dirección del eje Y) de manera que tienen extremos sobresalientes de la misma longitud;
en donde el ánodo y el cátodo están apilados en un estado en el que el ánodo y el cátodo están alineados con base en una línea central de manera que los centros del ánodo y del cátodo estén alineados entre sí, en donde la porción de hombro está formada en una posición que enfrenta a la lengüeta de cátodo cuando se apila con el cátodo y una línea central de la porción de hombro en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y) está formada a un nivel alineado con una línea central de la lengüeta de cátodo;
y en donde una altura de la porción de hombro en la dirección de longitud completa, a partir de un extremo periférico exterior del ánodo, puede ser igual o inferior a una altura de la porción recubierta con material activo de la lengüeta de ánodo.
6. El conjunto de electrodos según la reivindicación 5, en donde una longitud total (L6) de la porción de hombro se extiende más allá de la porción inferior de la lengüeta de cátodo; y en donde una anchura total (W6) de la porción de hombro es mayor que una anchura de la porción inferior de la lengüeta de cátodo.
7. El conjunto de electrodos según la reivindicación 5, en donde la lengüeta de ánodo y la porción de hombro del ánodo están formadas conjuntamente en un extremo del ánodo en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y) o están formadas en extremos opuestos del ánodo en la dirección de longitud completa (dirección del eje Y).
8. El conjunto de electrodos según la reivindicación 5, en donde una anchura total (W6) de la porción de hombro comprende una anchura total de la lengüeta de cátodo y huecos ACOH a ambos lados de la lengüeta de cátodo.
9. El conjunto de electrodos según la reivindicación 5, en donde el ánodo no tiene ninguna porción de inversión de capacidad ánodo-cátodo en la que una capacidad seccional de una porción inclinada de ánodo de la porción recubierta con material activo de la porción de hombro sea superior a una capacidad seccional de una porción inclinada de cátodo de una porción recubierta con material activo de la lengüeta de cátodo.
10. Un método de fabricación de un conjunto de electrodos según la reivindicación 5, comprendiendo el método: detectar por visión una porción de hombro de un ánodo; y
apilar de manera que una lengüeta de cátodo de un cátodo se sitúe en función de una anchura total o de una longitud total de la porción de hombro, en donde
se mide un hueco ACOH entre la lengüeta de cátodo apilada y la porción de hombro para evitar el desalineamiento en la apilación del conjunto de electrodos,
el ánodo está formado con una lengüeta de ánodo que comprende una porción recubierta con material activo y una porción no recubierta y con la porción de hombro que incluye únicamente la porción recubierta con material activo a un intervalo predeterminado (A) a lo largo de una dirección de anchura completa (dirección del eje X), y una anchura total de la porción de hombro comprende una anchura total de la lengüeta de cátodo y huecos ACOH a ambos lados de la lengüeta de cátodo; y una altura de la porción de hombro en la dirección de longitud completa, a partir de un extremo periférico exterior del ánodo, es igual o inferior a una altura de la porción recubierta con material activo de la lengüeta de ánodo.
11. El método según la reivindicación 10, comprendiendo además el método:
apilar de manera que la lengüeta de cátodo del cátodo se sitúe en función de la anchura total o de la longitud total de la porción de hombro; y
detectar por visión la porción de hombro del ánodo apilado por debajo de la lengüeta de cátodo del cátodo, en donde
se miden un intervalo entre un extremo del cátodo apilado y un extremo del ánodo apilado en una dirección de longitud completa (dirección del eje Y) y el hueco ACOH entre la lengüeta de cátodo apilada y la porción de hombro para definir un hueco entre el cátodo y el ánodo.
12. El método según la reivindicación 10, en donde el conjunto de electrodos comprende una única placa de electrodo y celdas unitarias que comprenden una bicelda que tiene la misma polaridad de placas de electrodo en ambas superficies exteriores o celdas completas que tienen polaridades diferentes de placas de electrodo en ambas superficies exteriores.
13. El método según la reivindicación 10, en donde la lengüeta de cátodo y la lengüeta de ánodo están formadas en la misma dirección o en direcciones opuestas con respecto a la dirección de longitud completa (dirección del eje Y).
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