JP2018537814A - 電極及びその電極の製造方法、並びにその電極の製造のためのローラ - Google Patents
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Abstract
本発明は、電極の無地部と有地部との間の延伸性の差を減少させるための電極及びその電極の製造方法、並びにその電極の製造のためのローラに関する。また、本発明は、電極ホイル、前記電極ホイルの一面に電極活物質が塗布される有地部、及び前記電極ホイルの一面で前記有地部に隣接して位置し、前記電極活物質が塗布されず、パターンが形成される無地部を含むことを特徴とする。
Description
［関連出願の相互参照］
本出願は、２０１６年７月４日付韓国特許出願第１０−２０１６−００８４３６０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本出願は、２０１６年７月４日付韓国特許出願第１０−２０１６−００８４３６０号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された全ての内容は本明細書の一部として含まれる。
本発明は、電極及びその電極の製造方法、並びにその電極の製造のためのローラに関し、より詳しくは、電極の無地部と有地部との間の延伸性の差を減少させるための電極及びその電極の製造方法、並びにその電極の製造のためのローラに関する。
物質の物理的反応や化学的反応を介して電気エネルギーを生成させて外部へ電源を供給するようになる電池（ｃｅｌｌ、ｂａｔｔｅｒｙ）は、各種電機電子機器により取り囲まれている生活環境によって、建物に供給される交流電源を獲得することができない場合や直流電源が必要な場合に用いられることとなる。
このような電池のうち、化学的反応を用いる化学電池である一次電池と二次電池が一般的に多く用いられているが、一次電池は乾電池と通称されるものであって消耗性電池である。また、二次電池は、電流と物質との間の酸化還元過程が多数繰り返し可能な素材を用いて製造される再充電式電池であって、電流によって素材に対する還元反応が行われると電源が充電され、素材に対する酸化反応が行われると電源が放電されるが、このような充電−放電が繰り返して行われながら電気が生成されることとなる。
一方、二次電池のうちリチウムイオン電池は、正極導電ホイルと負極導電ホイルにそれぞれ活物質を一定の厚さでコーティングし、前記両導電ホイルの間には分離膜が介在されるようにして、略ゼリーロール（ｊｅｌｌｙ ｒｏｌｌ）あるいは円筒状に多数回巻き取って製作した電極組立体を円筒型または角型缶、パウチなどに収納し、これを密封処理して製作される。
韓国公開特許第１０−２００８−００３７８６７号公報には、従来の電極組立体と、それを用いたリチウム二次電池、及びリチウム二次電池の製造方法が開示されている。
従来の二次電池は、電極を製造するため、電極シートに活物質をコーティングした後、活物質コーティング部を圧延する。
ところが、電極シートの圧延時に活物質がコーティングされた有地部と活物質がコーティングされていない無地部が、延伸性の差によって圧延後に電極に大波などの現象が発生するという問題点がある。
また、電極は、コーティング、圧延のための走行時に有地部と無地部のテンション（ｔｅｎｓｉｏｎ）の差によって皺または折れ現象が発生するという問題点がある。
前述した現象等によって電極の切り欠き時に、電極の破断または切り欠き不良を誘発するという問題点がある。
したがって、本発明は、前記のような問題点等を解決するために案出されたものであって、本発明の課題は、無地部と有地部との間の延伸性の差を減少させるための電極及びその電極の製造方法、並びにその電極の製造のためのローラを提供することである。
本発明の一実施形態による電極は、電極ホイル、前記電極ホイルの一面に電極活物質が塗布される有地部、及び前記電極ホイルの一面で前記有地部に隣接して位置し、前記電極活物質が塗布されず、パターンが形成される無地部を含むことを特徴とする。
前記パターンは、複数の凹溝が繰り返されるように配列され得る。
前記パターンは、点形状であり得る。
前記パターンは、縞模様形状であり得る。
本発明の一実施形態による電極の製造方法は、活物質が塗布された有地部と活物質が塗布されていない無地部が形成された電極を準備する準備段階、前記無地部にパターンを形成するパターン形成段階、及び前記電極を圧延する圧延段階を含むことができる。
前記パターン形成段階で前記パターンは、パンチングによって形成することができる。
前記パターン形成段階で前記パターンは、前記無地部をナイフでカッティングして形成することができる。
前記パターン形成段階で前記パターンは、前記無地部を部分切断して形成することができる。
前記パターン形成段階で前記パターンは、プレスによって形成することができる。
本発明の他の実施形態による電極の製造方法は、活物質が塗布された有地部と活物質が塗布されていない無地部が形成された電極を準備する準備段階、及び、前記電極を圧延する際、有地部の表面は平たく圧延し、前記無地部の表面はパターンが形成されるように圧延する圧延段階を含むことを特徴とする。
前記圧延段階において、前記有地部と前記無地部は同時に圧延することができる。
本発明の一実施形態によるローラは、表面が平たくかつ電極の有地部を圧延する有地面圧延部、及び前記有地面圧延部から連続されて電極の無地部を圧延するように表面に加圧部が形成される無地面圧延部を含むことを特徴とする。
前記加圧部は、前記圧延部の表面に陰刻または陽刻で形成され得る。
本発明によれば、電極の無地部と有地部との間の延伸性の差を減少させるという効果がある。
本発明によれば、電極の無地部と有地部との間の延伸性の差を減少させて電極の圧延時に電極に大波などが発生することを防止するという効果がある。
本発明によれば、電極の圧延時に電極に大波などが発生しないように防止して、電極の切り欠き時に電極の破断または切り欠き不良を防止するという効果がある。
本発明によれば、厚さが薄い電極を製造する際に不良を減らすという効果がある。
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態による電極及びその電極の製造方法、並びにその電極の製造のためのローラに対して詳細に説明する。
本明細書及び特許請求の範囲に用いられた用語や単語は、通常的かつ辞典的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は自身の発明を最良の方法で説明するために用語の概念を適宜定義することができるとの原則に即して、本発明の技術的思想に適合する意味と概念に解釈されなければならない。よって、本明細書に記載された実施例と図面に示された構成は、本発明の最も好ましい一実施形態に過ぎず、本発明の技術的思想を全て代弁するものではないので、本出願時点においてこれらを代替することができる多様な均等物があり得ることを理解しなければならない。
図面で各構成要素またはその構成要素をなす特定部分の大きさは、説明の便宜及び明確性のために誇張されたり、省略されたり、または概略的に示された。したがって、各構成要素の大きさは実際の大きさを全的に反映するものではない。関連する公知の機能あるいは構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要にぼかし得ると判断される場合、そのような説明は省略する。
図１は、本発明の一実施形態による電極ホイルの一部分を示した平面図であり、図２は、本発明の一実施形態によって図１に有地部と無地部が形成されたことを示した平面図である。
図１及び図２に示す通り、本発明の一実施形態による電極１は、電極ホイル１０、前記電極ホイル１０の一面に電極活物質が塗布される有地部２０、及び前記電極ホイル１０の一面で前記有地部２０に隣接して位置し、前記電極活物質が塗布されず、パターン３１が形成される無地部３０を含む。
このような電極１は、正極活物質が塗布された正極と負極活物質が塗布された負極のうちいずれか一つであってよく、正極と負極との間に介在された分離膜を複数回積層して電極集合体を製作することができる。
そして、電極集合体は、正極と分離膜及び負極を積層した積層体をゼリーロール形態に巻き取って製作することもできる。
正極は、アルミニウム板であってよく、正極活物質が塗布された正極有地部と、正極活物質が塗布されていない正極無地部を含むことができる。
正極活物質は、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎＯ４のようなリチウム含有遷移金属酸化物またはリチウムカルコゲナイド化合物であってよい。
正極有地部は、例えば、アルミニウム板の少なくともいずれか一面の一部に正極活物質を塗布して形成し、正極活物質が塗布されていないアルミニウム板の残り部分が正極無地部となり得る。
負極は銅板であってよく、負極活物質が塗布された負極有地部と、負極活物質が塗布されていない負極無地部を含むことができる。
負極活物質は、結晶質炭素、非晶質炭素、炭素複合体、炭素繊維のような炭素材料、リチウム金属またはリチウム合金などであってよい。
負極有地部は、例えば、銅板の少なくともいずれか一面の一部に負極活物質を塗布して形成し、負極活物質が塗布されていない銅板の残り部分が負極無地部となり得る。
分離膜は、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、及びポリエチレン（ＰＥ）とポリプロピレン（ＰＰ）の共重合体（ｃｏ−ｐｏｌｙｍｅｒ）からなる群より選択されるいずれか一つの基材に、ポリビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＰＶＤＦ−ＨＦＰ ｃｏ−ｐｏｌｙｍｅｒ）をコーティングすることにより製造され得る。
図２に示す通り、本発明の一実施形態による電極の無地部３０はパターン３１が形成され、この際、パターン３１は複数の凹溝が繰り返されるように配列されるか、点（ｄｏｔ）形状や縞模様形状を有してよい。
前述したような無地部３０のパターン３１は、有地部２０に比べて厚さが薄い無地部３０の厚さを補うことができるよう、無地部３０から凹状に形成して電極を圧延する際に既存の有地部２０と無地部３０に互いに異なって作用されていた圧力の差を最小化して、有地部２０と無地部３０との間の延伸性の差を最小化することができる。
図３は、本発明の一実施形態による電極の製造方法を示したフローチャートである。
図３に示す通り、本発明の一実施形態による電極の製造方法は、準備段階（Ｓ１）、パターン形成段階（Ｓ２）、圧延段階（Ｓ３）を含む。
図４は、図１に示した電極ホイルに有地部を形成し、無地部にパターンが形成されない状態を示した平面図であり、図５は、本発明の一実施形態によって電極の無地部の一部を切断したことを示した平面図である。
図３から図４に示す通り、前記準備段階（Ｓ１）は、電極ホイル１０に正極活物質または負極活物質を塗布し、活物質が塗布された有地部２０と活物質が塗布されていない無地部３０が形成された電極を準備する段階である。
図２に示す通り、前記パターン形成段階（Ｓ２）は、無地部３０に所定のパターン３１を形成する段階である。
前記パターン３１は、プレス（ｐｒｅｓｓ）によって圧延して形成することができる。
前記パターン３１は、パンチング（ｐｕｎｃｈｉｎｇ）によって無地部３０を穿孔するか、一部切開することができる。
または、図５に示す通り、前記パターン３１はナイフ（ｋｎｉｆｅ）を用いて無地部３０をカッティング（ｃｕｔｔｉｎｇ）することができ、この際、無地部３０を部分切断することもできる。
前記圧延段階（Ｓ３）は、活物質が塗布された有地部２０とパターン３１が形成された無地部３０を同時に圧延する段階である。
前述したような本発明の一実施形態による電極の製造方法で製造された電極は、パターン３１によって無地部３０の延伸性が有地部２０に比べて高くなるので、有地部２０と無地部３０を一つの圧延ローラで同時に圧延しても、延伸量の差を最小化することができる。
すなわち、無地部３０を圧延または切開または部分切断によってパターン３１を形成し、無地部３０の延伸性を有地部２０の延伸性に比べて高くすることにより、無地部３０と有地部２０を同時に圧延する際に、同一の圧延ローラにより有地部２０に比べて無地部３０が少ない圧力を受けても、パターン３１によって無地部３０の延伸性を高めることにより、有地部２０と無地部３０の延伸量の差を最小化することができる。
図６は、本発明の他の実施形態による電極の製造方法を示したフローチャートであり、図７は、本発明の他の実施形態によって電極を圧延するための圧延ローラを概略的に示した正面図である。
図６に示す通り、本発明の他の実施形態による電極の製造方法は、準備段階（Ｓ１ａ）、圧延段階（Ｓ２ａ）を含むことができる。
前記準備段階（Ｓ１ａ）は、電極ホイル１０に正極活物質または負極活物質を塗布し、活物質が塗布された有地部２０と活物質が塗布されていない無地部３０が形成された電極を準備する段階である。
前記圧延段階（Ｓ２ａ）は、電極の有地部２０と無地部３０を同時に圧延し、この際、有地部２０の表面は平たく圧延し、無地部３０の表面はパターンが形成されるように圧延する段階である。
図６及び図７に示す通り、前記圧延段階（Ｓ２ａ）で有地部２０と無地部３０を同時に圧延する際に、有地部２０に対応される面は平たく、無地部３０に対応される面は加圧部１２１が形成された圧延ローラ１００を用いることができる。
前述したように、無地部３０に比べて塗布された活物質の高さほど厚さが厚い有地部２０を無地部３０と同時に圧延する際に、圧延ローラ１００において、有地部２０を圧延する面と無地部３０を圧延する面を別に形成して、有地部２０と無地部３０に作用する延伸性の差を最小化することができる。
すなわち、圧延ローラ１００において、有地部２０に対応して有地部２０を圧延する面は平たく形成し、無地部３０に対応して無地部３０を圧延する面は突出された加圧部１２１を形成することにより、有地部２０と無地部３０との間の厚さの差を補って、有地部２０と無地部３０に作用する延伸性の差を最小化することができる。
図７に示す通り、本発明の他の実施形態による圧延ローラ１００は、表面が平たくかつ電極の有地部２０を圧延する有地面圧延部１１０と、前記有地面圧延部１１０から連続されて電極の無地部３０を圧延するように表面に加圧部１２１が形成される無地面圧延部１２０を含む。
有地面圧延部１１０は、有地部２０が平たく圧延できるように電極の有地部２０に対応するように形成される。
無地面圧延部１２０は、有地面圧延部１１０が有地部２０を圧延する際に、同時に無地部３０を圧延できるように、表面に加圧部１２１が陰刻または陽刻で形成され、加圧部１２１によって無地部３０に所定のパターンを形成するようにする。
すなわち、有地部２０は、表面に活物質が塗布されて無地部３０に比べて厚さが厚く形成されるため、一般的なローラを用いて電極を圧延するようになると、有地部２０と無地部３０に作用される圧力の差によって有地部２０と無地部３０の延伸率が変わることになる。
したがって、圧延ローラ１００において、無地部３０を圧延する無地面圧延部１２０が、有地面圧延部１１０に比べて一定の厚さで突出されるように加圧部１２１を形成し、圧延ローラ１００が有地部２０と無地部３０を同時に圧延する際に、有地部２０に比べて厚さが薄い無地部３０の厚さを加圧部１２１によって補うことにより、有地部２０と無地部３０の延伸性の差を最小化させることができる。
前述したように、本発明によれば、電極の無地部と有地部との間の延伸性の差を減少させるという効果がある。
本発明によれば、電極の無地部と有地部との間の延伸性の差を減少させて、電極の圧延時に電極に大波などが発生することを防止するという効果がある。
本発明によれば、電極の圧延時に電極に大波などが発生しないように防止し、電極の切り欠き時に電極の破断または切り欠き不良を防止するという効果がある。
本発明によれば、厚さが薄い電極を製造する際に不良を減らすという効果がある。
以上のように、本発明による電極及びその電極の製造方法、並びにその電極の製造のためのローラを例示された図面を参考して説明したが、本発明は以上で説明された実施例と図面によって限定されず、特許請求の範囲内で本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者等によって多様な実施が可能である。
Claims (13)
- 電極ホイル１０；
前記電極ホイル１０の一面に電極活物質が塗布される有地部２０；及び
前記電極ホイル１０の一面で前記有地部２０に隣接して位置し、前記電極活物質が塗布されず、パターン３１が形成される無地部３０；を含むことを特徴とする電極。 - 前記パターン３１は、複数の凹溝が繰り返されるように配列されることを特徴とする請求項１に記載の電極。
- 前記パターン３１は、点（ｄｏｔ）形状であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
- 前記パターン３１は、縞模様形状であることを特徴とする請求項１に記載の電極。
- 活物質が塗布された有地部と、活物質が塗布されていない無地部が形成された電極を準備する準備段階（Ｓ１）；
前記無地部にパターンを形成するパターン形成段階（Ｓ２）；及び
前記電極を圧延する圧延段階（Ｓ３）；を含むことを特徴とする電極の製造方法。 - 前記パターン形成段階（Ｓ２）で前記パターンは、パンチング（ｐｕｎｃｈｉｎｇ）によって形成することを特徴とする請求項５に記載の電極の製造方法。
- 前記パターン形成段階（Ｓ２）で前記パターンは、前記無地部をナイフでカッティングして形成することを特徴とする請求項５に記載の電極の製造方法。
- 前記パターン形成段階（Ｓ２）で前記パターンは、前記無地部を部分切断して形成することを特徴とする請求項５に記載の電極の製造方法。
- 前記パターン形成段階（Ｓ２）で前記パターンは、プレス（ｐｒｅｓｓ）によって形成することを特徴とする請求項５に記載の電極の製造方法。
- 活物質が塗布された有地部と、活物質が塗布されていない無地部が形成された電極を準備する準備段階（Ｓ１ａ）；及び
前記電極を圧延する際、有地部の表面は平たく圧延し、前記無地部の表面はパターンが形成されるように圧延する圧延段階（Ｓ２ａ）；を含むことを特徴とする電極の製造方法。 - 前記圧延段階（Ｓ２ａ）で、前記有地部と前記無地部は同時に圧延することを特徴とする請求項１０に記載の電極の製造方法。
- 表面が平たくかつ電極の有地部を圧延する有地面圧延部１１０；及び
前記有地面圧延部１１０から連続されて電極の無地部を圧延するように表面に加圧部１２１が形成される無地面圧延部１２０；を含むことを特徴とする圧延ローラ。 - 前記加圧部１２１は、前記圧延部１２０の表面に陰刻または陽刻で形成されることを特徴とする請求項１２に記載の圧延ローラ。
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