JP2017526128A

JP2017526128A - 極片コーティングの除去方法

Info

Publication number: JP2017526128A
Application number: JP2017508671A
Authority: JP
Inventors: 張▲ビン▼; 何平; 趙義; 方宏新; 程文強
Original assignee: Dongguan Amperex Technology Ltd
Current assignee: Dongguan Amperex Technology Ltd
Priority date: 2014-09-12
Filing date: 2014-09-12
Publication date: 2017-09-07
Also published as: KR20170036005A; EP3190646A1; WO2016037352A1; US20170170454A1; CN106797015A; EP3190646A4

Abstract

本願発明は、極片コーティングの除去方法を提供している。極片は、集電体と、集電体の少なくとも１つの表面に塗布されているコーティングを備え、その除去方法は、極片上の被除去領域のコーティングを溶媒で濡らすステップ（一）と、レーザビームにより極片上の該被除去領域のコーティングに照射することにより、極片上の該被除去領域のコーティングを浸潤した溶媒を気化させて、極片上の該被除去領域のコーティングを打ち潰して、極片上の該被除去領域にての集電体を露出させるステップ（二）と、ステップ（二）において生じたコーティング残留物を取り除くステップ（三）と、を備える。予め極片上の被除去領域のコーティングを溶媒で濡らし、レーザビームが湿潤な極片に照射した後、極片に含まれる溶媒はレーザビームのエネルギーを吸収して瞬間的に気化し、非常に強い瞬間的な圧力が発生し、かなり大きな圧力の作用により、コーティングの顆粒は集電体から剥離されて、このため、コーティングの顆粒を除去する作用を発揮し、極片に損害することがなく、極片の変形が回避できる。【選択図】図２

Description

本願は、エネルギー貯蔵デバイスの分野に関し、特に極片コーティングの除去方法に関する。

リチウムイオン電池は、エネルギー密度が高く、環境に優しいなどのメリットを有するため、幅広く注目され、携帯電話、ノートパソコンなどの電子機器において幅広く適用され、また、電気自動車技術の発展に伴って、電気自動車分野におけるリチウムイオン電池の適用も益々注目されている。

市場でのリチウムイオン電池に対するニーズが益々大きくなっているが、高エネルギー密度のリチウムイオン電池の製造速度を向上させることは困難である。その理由として、リチウムイオン電池の製造工程において、リチウムイオン電池の製造速度に影響する１つの重要な工程は、リチウムイオン電池の極片にタブを溶接することであり、図１と図２に示すように、塗布時に、極片１には連続的なコーティング１２がある、又は、タブは極片の中間位置において溶接される必要があるため、タブを極片１に溶接することを実現するために、まず、極片１におけるタブを溶接しようとする領域（又は、被除去領域Ｒと称する）上のコーティング１２を除去する必要がある。しかも、特殊な電池生産プロセスにおいて、更に電池の極片１の異なる位置にて異なる形状のコーティング１２を除去する必要がある。例えば、図３と４に示すように、更に極片１の２つの表面における対応する位置で被除去領域Ｒにおけるコーティング１２を除去する必要がある場合もある。

現在、一般的な除去方法は、機械的な擦り落とし除去法と化学的な除去法を含むが、この２つの除去方法には多くの問題が存在している。機械的な除去では、除去の清潔度を保証し難く、特に、薄い極片の場合に極片を擦って損傷しやすく、化学的な除去では、ある程度の損害を環境に与えることで、作業環境が悪く、生産効率が低いなどの欠点がある。以上の２つの方法に存在する不足に対して、２０１２年１１月１３日に特許公告になった米国特許番号ＵＳ８３０９８８０Ｂ２である特許文献には、レーザにより極片上のコーティングを除去する方法が開示されており、上記の２つの除去方法に存在している問題を解決した。

しかしながら、該特許における方法には以下の不足が存在している。
第一、レーザ除去の原理は、レーザの作用により、ある程度でエネルギーがコーティングに吸収され、コーティングの顆粒が気化、昇華及び振動などを発生することで、コーティングが除去されるものである。レーザ装置から発射するレーザビームのエネルギー分布は、一般的にガウス分布であり、このような分布のレーザビームは、中間のエネルギーが高く、縁部のエネルギーが低いものである。然しながら、極片１上のコーティング１２を除去するには、所定の範囲内のエネルギーが必要とされるため、このようなガウス分布のエネルギーのレーザビームでは、エネルギーが高い中間部分は、箔材を損傷しやすく（電池の極片１の集電体１１が一般的に銅箔とアルミニウム箔であり、厚みが数ミクロン〜十数ミクロンであり、この部分の高エネルギーは銅箔又はアルミニウム箔を突き抜きやすく）、除去品質とタブの溶接品質に影響を与える。縁部のエネルギーは、除去に必要なエネルギーよりも低く、このように、コーティングが残されることになり、同様に除去品質に影響を与える。また、これらの高エネルギーと低エネルギーは、効果的に利用されることができないため、エネルギーの利用率が低くなる。
第二、レーザにより極片１のコーティング１２を除去する過程において、レーザの作用によりコーティング１２が熱を受け、応力が変化し、更に極片１の変形を引き起こし、コーティング１２が除去された後、残りの応力がリリーズされることで、極片１も多少変形し、後継のタブの溶接に影響を与える。
第三、上記の特許出願において、気流を吐出する方法により、不活性ガスを極片１の除去後の領域に吹き付けて、極片１を清掃して冷却する。然しながら、この方法は、除去後の領域における顆粒を完全に取り除くことができず、顆粒が除去後の領域の周りに残されることになり、電池の性能に影響を与える。
第四、除去中、レーザはコーナーにて絶えず加速したり、減速したりする必要があり、レーザヘッドが移動して除去する品質は安定せず、除去サイズは正確でないため、この方法では量産化を実現し難い。

背景技術に存在している課題に鑑みて、本願発明は、極片の変形を回避可能な極片コーティングの除去方法を提供することを目的としている。

上記目的を実現するために、本願発明は、極片コーティングの除去方法を提供している。極片は、集電体と、集電体の少なくとも１つの表面に塗布されているコーティングを備え、その除去方法は、極片上の被除去領域のコーティングを溶媒で濡らすステップ（一）と、レーザビームにより極片上の該被除去領域のコーティングに照射することにより、極片上の該被除去領域のコーティングを浸潤した溶媒を気化させて、極片上の該被除去領域のコーティングを打ち潰して、極片上の該被除去領域にての集電体を露出させるステップ（二）と、ステップ（二）において生じたコーティング残留物を取り除くステップ（三）と、を備える。

本願の有益な効果は以下の通りである。
予め極片上の被除去領域のコーティングを溶媒で濡らし、レーザビームが湿潤な極片に照射した後、極片に含まれる溶媒はレーザビームのエネルギーを吸収して瞬間的に気化することができる、又は、コーティングの顆粒はレーザのエネルギーを吸収して界面を介して熱を伝導することにより、コーティングの顆粒と溶媒との界面での瞬間温度上昇量は溶媒の汽化（蒸発）の温度よりも遥かに高くなり、液体の爆発性蒸発を形成し、非常に強い瞬間的な圧力が発生し、かなり大きな圧力の作用により、コーティングの顆粒は集電体から剥離され、このため、コーティングの顆粒を除去する作用を発揮した。圧力は瞬間的に発生するため、瞬時的な圧力は極片に損害することがなく、また、レーザのエネルギーは溶媒に直接的又は間接的に吸収され、極片の集電体に損害することがないと共に、極片上のコーティングは、溶媒の瞬間的な気化で発生された圧力の作用により除去されるため、コーティングが剥離された後にリリーズした応力は非常に小さく、極片の変形が回避できる。

本願に係る極片コーティングの除去方法における極片の１つの実施例の平面図である。図１の正面図である。本願に係る極片コーティングの除去方法における極片の１つの実施例の平面図である。図３の正面図である。本願に係る極片コーティングの除去方法における極片の１つの実施例の平面図である。図５の正面図である。本願に係る極片コーティングの除去方法における極片の１つの実施例の平面図である。図７の正面図である。

以下、図面を参照しながら、本願に係る極片コーティングの除去装置について詳細に説明する。

図１〜図８に示すように、本願に係る極片コーティングの除去方法において、極片１は、集電体１１と、集電体１１の少なくとも１つの表面に塗布されているコーティング１２を備え、その除去方法は、極片１上の被除去領域Ｒのコーティング１２を溶媒で濡らすステップ（一）と、レーザビームにより極片１上の該被除去領域Ｒのコーティング１２に照射することにより、極片１上の該被除去領域Ｒのコーティング１２を浸潤した溶媒を気化させて、極片１上の該被除去領域Ｒのコーティング１２を打ち潰して、極片１上の該被除去領域Ｒにての集電体１１を露出させるステップ（二）と、ステップ（二）において生じたコーティング残留物を取り除くステップ（三）と、を備える。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、予め極片１上の被除去領域Ｒのコーティング１２を溶媒で濡らし、レーザビームが湿潤な極片１に照射した後、極片１に含まれる溶媒はレーザビームのエネルギーを吸収して瞬間的に気化することができる、又は、コーティング１２の顆粒はレーザのエネルギーを吸収して界面を介して熱を伝導することにより、コーティング１２の顆粒と溶媒との界面での瞬間温度上昇量が溶媒の汽化（蒸発）温度よりも遥かに高くなり、液体の爆発性蒸発を形成し、非常に強い瞬間的な圧力が発生し、かなり大きな圧力の作用により、コーティング１２の顆粒は集電体１１から剥離されて、このため、コーティング１２の顆粒を除去する作用を発揮した。圧力は瞬間的に発生するため、瞬時的な圧力は極片１に損害することがなく、また、レーザのエネルギーは溶媒に直接的又は間接的に吸収され、極片１の集電体１１に損害することがないと共に、極片１上のコーティング１２は、溶媒の瞬間的な気化で発生された圧力の作用により除去されるため、コーティング１２が剥離された後にリリーズした応力は非常に小さく、極片１の変形が回避できる。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、コーティング１２が除去された領域に露出された集電体１１は、タブを溶接することに用いられることができる。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、１つの実施例において、極片１のコーティング１２には、活性材料、接着剤及び導電剤が含まれることができる。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、図１と図２に示すように、集電体１１の１つの表面にはコーティング１２が塗布されてもよい。図１と図２に示す例において、極片１１上の被除去領域Ｒのコーティング１２は一箇所のみ示されているが、実際には、極片における被除去領域Ｒのコーティング１２の位置、形状、及び数量は、これに限定されず、いずれも必要に応じて変更可能である。また、異なる位置、形状及び数量の被除去領域Ｒのコーティング１２に対して、ステップ（一）〜（三）を段階的に又は同時に実行することができる。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、図３と図４、図５と図６、図７と図８に示すように、集電体１１の２つの表面にはコーティング１２が塗布されてもよい。

図３と図４に示す例において、集電体１１の２つの表面にはコーティング１２が塗布され、そのコーティング１２は集電体１１を中心に鏡面対称を呈する。図５と図６に示す例において、集電体１１の２つの表面にはコーティング１２が塗布され、そのコーティング１２は集電体１１に中心に鏡面対称を呈していない。図７と図８に示す例において、集電体１１の２つの表面にはコーティング１２が塗布され、そのコーティング１２は集電体１１を中心に鏡面対称を呈していない。図７と図８に示す例において、集電体１１の２つの表面にはコーティング１２が塗布され、そのコーティング１２の一部は集電体１１を中心に鏡面対称を呈する。実際には、極片の集電体１１の２つの表面における、被除去領域Ｒの各コーティング１２の位置、形状、及び数は、これに限定されず、いずれも必要に応じて変更可能である。また、異なる位置、形状及び数量の被除去領域Ｒのコーティング１２に対して、ステップ（一）〜（三）を段階的に又は同時に実行することができる。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、極片１は、正極極片又は負極極片である。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、１つの実施例において、極片１は、リチウムイオン電池の極片であってもよい。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、１つの実施例において、溶媒は、レーザエネルギーを吸収可能な特性を有してもよい。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、１つの実施例において、溶媒は、コーティング１２における接着剤を溶解可能な特性を有してもよい。そのため、極片１上のコーティング１２の顆粒の間の結合力を低下させ、レーザビームが湿潤の極片１に照射した後、溶媒がレーザビームのエネルギーを吸収して瞬間的に気化した後に生じた圧力により、コーティング１２の顆粒が集電体１１からより容易に剥離されることで、より良い洗浄効果に達することができる。

本願に係る極片コーティングの除去方法では、１つの実施例において、溶媒は、水、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、リン酸トリエチル（ＴＥＰ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）から選出された少なくとも１つである。

本願に係る極片コーティングの除去方法では、１つの実施例において、ステップ（一）とステップ（二）の間に、更に、極片１上の被除去領域Ｒを固定するステップを備えてもよい。１つの実施例において、固定方式は、真空吸着固定及び引っ張り固定のうちの少なくとも１つであってもよい。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、極片１の１つの表面に塗布されているコーティング１２の厚みは、３０μｍ〜２００μｍである。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、１つの実施例において、レーザビームはフラットトップビームであってもよい。

フラットトップ光源からのレーザビームのエネルギー分布は、平坦曲線状を呈し、分布が均一であるため、レーザビームエネルギーが非均一であることにより極片１上の被除去領域Ｒが完全に除去されていない状況の発生が回避され、また、レーザビームのエネルギー分布が非均一であることにより極片１が非均一に熱を受けて変形することが回避される。前記フラットトップビームの全てのエネルギーは、最適な形態で十分に利用される。平坦度（Ｆｌａｔｎｅｓｓ）は、１に近いほどよい。

本願に係る極片コーティングの除去方法では、１つの実施例において、レーザのパワーは、２０Ｗ〜５００Ｗであってもよい。レーザのパワーが低過ぎると、極片１上の被除去領域Ｒのコーティング１２を効果的に完全に除去することができず、その上、レーザのパワーが低過ぎると、コーティング１２は複数の回数の除去により除去されることができることで、極片１の熱変性を増加させる。レーザのパワーが高過ぎると、多量の熱が生じ、極片１には大き過ぎる熱影響領域が生じると共に、集電体１１に損害する可能性もある。

本願に係る極片コーティングの除去方法では、１つの実施例において、レーザビームは、ガルバノスキャンの方法により、極片１上の被除去領域Ｒのコーティング１２を打ち潰すことができる。ガルバノスキャンは、レーザヘッドが移動しないように確保することができることで、レーザビームによる除去の品質が向上し、コーティングが安定的に除去され、除去サイズが正確であり、量産化を実現し易い。

本願に係る極片コーティングの除去方法では、１つの実施例において、ステップ（三）において採用可能な方法は、負圧吸着除去及び空気吹きかけのうちの少なくとも１つである。そのため、コーティング除去領域における顆粒を完全に取り除くことができる。

本願に係る極片コーティングの除去方法において、ステップ（三）の後に、更に、塵粘着の方法によりコーティング残留物を取り除くステップを備え、そのステップにより、補助の更なる清掃の作用を発揮する。

１極片
１１集電体
１２コーティング
Ｒ被除去領域

Claims

集電体（１１）と集電体（１１）の少なくとも１つの表面に塗布されているコーティング（１２）を備える極片（１）の極片コーティングの除去方法であって、
極片（１）上の被除去領域（Ｒ）のコーティング（１２）を溶媒で濡らすステップ（一）と、
レーザビームにより極片（１）上の該被除去領域（Ｒ）のコーティング（１２）に照射することにより、極片（１）上の該被除去領域（Ｒ）のコーティング（１２）を浸潤した溶媒を気化させて、極片（１）上の該被除去領域（Ｒ）のコーティング（１２）を打ち潰して、極片（１）上の該被除去領域（Ｒ）にての集電体（１１）を露出させるステップ（二）と、
ステップ（二）において生じたコーティング残留物を取り除くステップ（三）と、
を備えることを特徴とする極片コーティングの除去方法。
コーティング（１２）が除去された領域に露出された集電体（１１）は、タブを溶接することに用いられることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
集電体（１１）の２つの表面にはコーティング（１２）が塗布されていることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
極片（１）は正極極片又は負極極片であることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
極片（１）はリチウムイオン電池の極片であることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
極片（１）のコーティング（１２）には活性材料、接着剤及び導電剤が含まれることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
溶媒はレーザエネルギーを吸収可能な特性を有することを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
溶媒はコーティング（１２）における接着剤を溶解可能な特性を有することを特徴とする請求項６に記載の極片コーティングの除去方法。
溶媒は、水、Ｎ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）、ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）、リン酸トリエチル（ＴＥＰ）、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）から選出された少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
ステップ（一）とステップ（二）の間に、更に、極片（１）上の被除去領域（Ｒ）を固定するステップを備えることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
固定方式は、真空吸着固定及び引っ張り固定のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１０に記載の極片コーティングの除去方法。
極片（１）の１つの表面に塗布されているコーティング（１２）の厚みは、３０μｍ〜２００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
レーザビームはフラットトップビームであることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
レーザのパワーは２０Ｗ〜５００Ｗであることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
レーザビームは、ガルバノスキャンの方法により、極片（１）上の被除去領域（Ｒ）のコーティング（１２）を打ち潰すことを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
ステップ（三）において採用された方法は、負圧吸着除去及び空気吹きかけのうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項１に記載の極片コーティングの除去方法。
ステップ（三）の後に、更に、塵粘着の方法によりコーティング残留物を取り除くステップを備えることを特徴とする請求項１６に記載の極片コーティングの除去方法。