JP2022073989A - 二次電池用正極及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コーティング部と未コーティング部との延伸率の差を最小化して、正極圧延の際に発生するシワや破断などを最小限に抑えることにより、電極の不良率を改善して良質の正極を製造することができる二次電池用正極及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一実施例による二次電池用正極は、正極集電体、及び前記正極集電体上に設けられた正極合剤層を含む二次電池用正極であって、前記正極合剤層が一定の厚さで形成されるコーティング部と、前記正極集電体上で前記コーティング部の少なくとも一縁部に位置し、前記正極合剤層が形成されない未コーティング部と、前記コーティング部と前記未コーティング部との間に位置し、前記正極合剤層が前記コーティング部の厚さよりも小さい厚さで形成される緩衝部と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、二次電池用正極及びその製造方法に係り、より詳細には、正極圧延工程の際に延伸率のバラツキによって発生する不規則なシワや折れ、電極破断などを最小限に抑える二次電池正極構造及びその製造方法に関する。

充放電が可能な二次電池は、モバイル機器のエネルギー源又は補助電力装置などとして広範囲に用いられている。また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車、ディーゼル車などの大気汚染などを解決するための方案として提示されている電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、プラグインハイブリッド車（Ｐｌｕｇ－Ｉｎ ＨＥＶ）などの動力源としても注目されている。最近では、電気自動車の走行距離を増やすために、より高エネルギー密度の二次電池の開発が求められている。

このような二次電池は、電極組立体が電解液と一緒に電池ケースに内蔵される形態で製造される。前記電極組立体は、正極、負極及び分離膜からなる構造体であって、製造方法によってスタック型、折畳型及びスタック－折畳型などに区分される。

電極組立体の正極と負極を製造するためには、金属集電体の一面または両面に電極活物質を塗布し、乾燥させて電極シートを製造した後、電極シートを圧延し、単位電極の間隔でスリット（ｓｌｉｔｔｉｎｇ）する過程が必要である。

正極集電体は、正極活物質がコーティングされるコーティング部、及び前記コーティング部の長さ方向に沿ってコーティング部の両側に位置し、正極合剤層が塗布されない未コーティング部からなり、集電体のコーティング部には正極合剤層が塗布され、塗布された正極合剤層は所望の厚さに圧延される。

このとき、圧延過程は、一般的に円筒状の圧延ローラーを用いて電極シートを連続的に圧延し、所望の電極厚さ及び電極密度のために繰り返し行われる。また、高エネルギー密度の二次電池を製造するためには、高い圧延率で電極を圧延する。

しかし、電極シートが圧延ローラーによって圧延される場合、特に高い圧延率で電極が圧延される場合は、集電体の未コーティング部には殆ど圧力が印加されないため、コーティング部と未コーティング部との集電体延伸率の差により集電体上にうねり又はシワが発生し、激しい場合には破断が発生する。

このようなうねり又はシワが電極に形成されている場合、正極合剤層と集電体との間に隙間が発生し易く、このような隙間は、正極合剤層の離脱をもたらして電極の性能を大幅に阻害するおそれがある。また、うねり又はシワの発生が激しければ、圧延工程中に電極全体の破断を誘発し、破断発生の際に生産性及び歩留まりが大幅に低下するおそれがあり、ひいては所望の厚さに圧延工程を行うことができないこともある。

従来では、ＩＨＡの加熱を介して未コーティング部を軟質化することにより、圧延過程でコーティング部と未コーティング部との延伸率の差を低減させる技術が開発されていたが、破断問題を十分に解決するためにはＩＨＡの出力を高めなければならないが、この場合、集電体の軟質化があまり激しくなって溶接（Ｗｅｌｄｉｎｇ）などの後続工程でより大きな不良を発生させるという問題点があった。

そこで、かかる問題点を根本的に解決することができる技術の必要性が非常に高いのが実情である。

韓国公開特許第１０－２０１６－０１４１４４８号公報

本発明は、かかる問題点を解決するためのもので、その目的は、コーティング部と未コーティング部との延伸率の差を最小化して、破断の発生が最小限に抑えられた圧延過程後の集電体の長さ方向への活物質層の厚さの最適化を実現し、圧延過程以前にコーティング部と未コーティング部との間の緩衝部の最適設計によって圧延過程におけるコーティング部と未コーティング部との延伸率の差を最小化することにある。

本発明の一実施例による二次電池用正極は、正極集電体、及び前記正極集電体上に設けられた正極合剤層を含む二次電池用正極であって、前記正極合剤層が一定の厚さで形成されるコーティング部と、前記正極集電体上で前記コーティング部の少なくとも一縁部に位置し、前記正極合剤層が形成されない未コーティング部と、前記コーティング部と前記未コーティング部との間に位置し、前記正極合剤層が前記コーティング部の厚さよりも小さい厚さで形成される緩衝部と、を含む。

本発明の一実施例による二次電池用正極において、前記緩衝部の厚さは、前記未コーティング部と前記緩衝部との境界である第１箇所から前記緩衝部と前記コーティング部との境界である第２箇所に行くほど次第に増加することができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極において、前記緩衝部の第１箇所と前記第２箇所との間に第３箇所が存在し、前記緩衝部内の第３箇所の正極合剤層の厚さは前記コーティング部の正極合剤層の厚さの３０％～８０％であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極において、前記第３箇所は、前記集電体上での前記第１箇所から前記第２箇所までの長さの２０％～６０％だけ前記第１箇所から離隔することができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極は、前記緩衝部の第２箇所と前記第３箇所との間に第４箇所が存在し、前記第３箇所の正極合剤層の厚さは前記コーティング部の正極合剤層の厚さの２０％～５０％であり、前記第３箇所から前記第４箇所まで前記緩衝部の正極合剤層の厚さが次第に増加し、前記第３箇所と前記第４箇所との厚さの差は前記コーティング部の正極合剤層の厚さの３０％以内であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極は、前記緩衝部の第２箇所と前記第３箇所との間に第４箇所が存在し、前記第３箇所の正極合剤層の厚さは前記コーティング部の正極合剤層の厚さの５０％～６０％であり、前記第３箇所から前記第４箇所まで前記緩衝部の正極合剤層の厚さが次第に増加し、前記第３箇所と前記第４箇所との厚さの差は前記コーティング部の正極合剤層の厚さの２０％以内であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極は、前記緩衝部の第２箇所と前記第３箇所との間に第４箇所が存在し、前記第３箇所の正極合剤層の厚さは前記コーティング部の正極合剤層の厚さの６０％～７０％であり、前記第３箇所から前記第４箇所まで前記緩衝部の正極合剤層の厚さが次第に増加し、前記第３箇所と前記第４箇所との厚さの差は前記コーティング部の正極合剤層の厚さの１５％以内であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極において、前記集電体上での前記第３箇所と前記第４箇所との距離は、前記集電体上での前記第１箇所と前記第２箇所との距離の２０％～８０％であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極において、前記集電体上での前記第１箇所と前記第３箇所との距離は、前記集電体上での前記第１箇所と前記第２箇所との距離の１０％～３０％であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極において、前記コーティング部の正極合剤層の密度は３．５ｇ／ｃｃ以上であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極において、前記コーティング部の正極合剤層のローディング量は１６．０ｍｇ／ｃｍ^２以上であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極において、前記正極集電体の厚さは１５μｍ以下であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極において、前記未コーティング部に該当する前記集電体の引張強さは１２ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極の製造方法は、正極集電体を準備するステップと、前記正極集電体上に正極合剤層を塗布するステップと、を含み、前記正極合剤層を塗布するステップでは、前記正極集電体の一領域上に正極合剤層が一定の厚さで形成されるコーティング部と、前記正極集電体上で前記コーティング部の少なくとも一縁部に位置し、前記正極合剤層が形成されない未コーティング部と、前記コーティング部と前記未コーティング部との間に位置し、前記コーティング部の厚さよりも小さい厚さで前記正極合剤層が塗布された緩衝部とを含む正極を形成させる。

本発明の一実施例による二次電池用正極の製造方法において、前記正極合剤層の塗布後、前記コーティング部及び前記緩衝部を同じ大きさの圧力で圧延するステップをさらに含むことができる。

上述したように、本発明による二次電池用正極及びその製造方法は、コーティング部と未コーティング部との延伸率の差を最小化して、正極圧延の際に発生するシワや破断などを最小限に抑えることにより、電極の不良率を改善して良質の正極を製造することができるという効果がある。

本発明の第１実施例による圧延過程後の二次電池用正極の斜視図である。 本発明の図１の二次電池用正極の断面図である。 本発明の第２実施例による圧延過程後の二次電池用正極の斜視図である。 本発明の図２の二次電池用正極の断面図である。 本発明の第２実施例による圧延過程後の二次電池用正極の実測立体断面図である。

本発明の目的、特定の利点及び新規な特徴は、添付図面に関連した以下の詳細な説明と好適な実施例からさらに明らかになるだろう。本明細書において、各図面の構成要素に参照番号を付するにあたり、同一の構成要素に限ってはたとえ他の図面上に表示されても、できる限り同一の番号を持つようにしていることに留意すべきである。また、「一面」、「他面」、「第１」、「第２」などの用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別するために使用されるものであり、構成要素がこれらの用語によって限定されるものではない。以下、本発明を説明するにあたり、本発明の要旨を無駄に曖昧にするおそれのある関連公知の技術についての詳細な説明は省略する。

以下、添付図面を参照して本発明の一実施例を詳細に説明し、同一の参照符号は同一の部材を示す。

高エネルギー密度の二次電池のためには、高密度の正極の適用が不可欠である。高密度の正極を適用するためには、正極合剤層２０がコーティングされた正極集電体１０を圧延する過程が必要である。本発明は、圧延過程で正極合剤層２０を高密度に圧延し、且つ集電体１０に破断が発生しない二次電池電極１の圧延後の形状と二次電池電極１の製造方法に関する。

本発明による二次電池用正極は、圧延過程後の二次電池用正極と圧延過程以前の二次電池用正極に分けて説明する。第一に、圧延過程後の二次電池用正極は、集電体に破断が生じないようにするために、既に設計された正極を圧延した結果物であって、以下で説明される実施例１と２に該当する。第二に、圧延過程以前の二次電池用正極は、圧延以前に集電体上に正極合剤層をコーティングさせた状態の正極であって、以下の実施例３で説明される二次電池用正極の製造方法において言及される。

本発明による二次電池用正極は、正極集電体と正極合剤層で構成される。正極集電体は、電池に化学的変化を誘発しない、高い導電性を有するものであれば、特に制限されず、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどが使用できる。正極合剤層の正極活物質、導電材、バインダーなどを含むことができる。正極活物質は、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ_２）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ_２）等の層状化合物や、１種またはそれ以上の遷移金属で置換された化合物などが使用でき、これらに限定されない。導電材としては、通常、導電性炭素が使用され、例えば黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケチェンブラック、スーパー－Ｐ、カーボンナノチューブなどの様々な導電性炭素材が使用されることができる。

図１及び図２は本発明の一実施例による二次電池電極１について示す。

本発明の一実施例による二次電池用正極１は、正極集電体１０、及び前記正極集電体１０上に設けられる正極合剤層２０を含む二次電池用正極１であって、前記正極合剤層２０が一定の厚さで形成されるコーティング部１００、前記正極集電体１０上で前記コーティング部１００の少なくとも一縁部に位置し、前記正極合剤層２０が形成されない未コーティング部２００、及び前記コーティング部１００と前記未コーティング部２００との間に位置し、前記正極合剤層２０が前記コーティング部１００の厚さよりも小さい厚さで形成される緩衝部３００を含む。

図１及び図２を参照すると、本発明の正極１は、正極集電体１０、及び該正極集電体１０上にコーティングされている正極合剤層２０で構成されている。正極１は、コーティング部１００、未コーティング部２００及び緩衝部３００に区分される。コーティング部１００は、正極集電体１０上に正極合剤層２０が一定の厚さでコーティングされた部分をいう。図１を参照すると、コーティング部１００が一定の厚さで形成されていることが分かる。未コーティング部２００は、コーティング部１００の長さ方向に沿ってコーティング部１００の両側に位置してもよく、一縁部に位置してもよい。未コーティング部２００は、集電体１０上に正極合剤層２０が形成されない部分である。緩衝部３００は、コーティング部１００の正極合剤層２０よりも小さい厚さで形成される。図１を参照すると、緩衝部３００は、コーティング部１００と未コーティング部２００との間に位置し、電極１の圧延時にコーティング部１００と未コーティング部２００との延伸率の差を最小化するようにする。緩衝部３００は、正極合剤層２０の厚さの傾きが互いに異なる２つ以上で形成できる。つまり、図１に示すように緩衝部３００の厚さの傾きが２つ形成されるか、或いは図３に示すように緩衝部３００の厚さの傾きが３つ形成されるか、或いはそれ以上に形成されることができる。図１乃至図４では比率が正確に表現されてはいないが、緩衝部３００の厚さよりも緩衝部３００の長さが一層大きく形成される。例えば、緩衝部３００の厚さが１１０μｍであれば、緩衝部の長さが５ｍｍ程度であることができる。すなわち、本発明の緩衝部３００は、厚さよりもコーティング部１００と未コーティング部２００との間の幅を一層大きくすることにより、コーティング部１００と未コーティング部２００との延伸率の差を最小化する緩衝作用をすることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極１において、前記緩衝部３００の厚さは、前記未コーティング部２００と前記緩衝部３００との境界である第１箇所３１０から前記緩衝部３００と前記コーティング部１００との境界である第２箇所３２０に行くほど次第に増加することができる。

未コーティング部２００と緩衝部３００との境界を第１箇所３１０とする。すなわち、第１箇所は、集電体上に正極合剤層２０が形成されていない部分と形成されている部分との境界であり、よって、第１箇所の正極合剤層２０の厚さは０である。第２箇所は、コーティング部１００の正極合剤層２０の厚さが一定である箇所と、コーティング部１００の正極合剤層２０よりも厚さが小さい緩衝部３００との境界である。よって、第２箇所の正極合剤層２０の厚さは、コーティング部２０の正極合剤層２０の厚さと一致する。

第１箇所３１０の正極合剤層２０の厚さは、コーティング部１００の正極合剤層２０の厚さに比べて０％であり、第２箇所３２０の正極合剤層２０の厚さは、コーティング部１００の正極合剤層２０の厚さに比べて１００％である。よって、緩衝部３００の正極合剤層２０の厚さは、第１箇所３１０から第２箇所３２０に行くほどコーティング部１００の正極合剤層２０の厚さの０％から１００％へと次第に増加する。

本発明の一実施例による二次電池用正極１において、前記緩衝部の第１箇所３１０と前記第２箇所３２０との間に第３箇所３３０が存在することができる。

以下の説明において、ａは正極集電体１０の平面上での第１箇所３１０と第３箇所３３０との間隔を意味し、ｃは正極集電体１０の平面上での第２箇所３２０と第３箇所３３０との間隔を意味する。ｘは正極集電体１の平面に垂直な方向に第１箇所３１０と第３箇所３３０との厚さの差を意味し、ｚは正極集電体１の平面に垂直な方向に第２箇所３２０と第３箇所３３０との厚さの差を意味する。

本発明の第１実施例に該当する実施例は１－１乃至１－５番と命名し、第１’実施例に該当する実施例は１’－１’乃至１’－４’と命名した。

比較例は、本発明の緩衝部が形成されていない場合の実験結果であって、他の実施例と比較して破断の回数が多いことを確認することができる。すなわち、本発明の緩衝部を形成させることにより、正極の破断を著しく減らすことができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極１において、前記緩衝部３００の第１箇所３１０と前記第２箇所３２０との間に第３箇所３３０が存在し、前記緩衝部３００内の第３箇所３３０の正極合剤層２０の厚さは、前記コーティング部の正極合剤層２０の厚さの３０％～８０％であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極１において、前記第３箇所３３０は、前記集電体１０上での前記第１箇所３１０から前記第２箇所３２０までの長さの２０％～６０％だけ前記第１箇所３１０から離隔することができる。

図１及び図２を参照すると、集電体１０上での第１箇所３１０と第３箇所３３０との間隔距離をａとし、集電体１０上での第３箇所３３０と第２箇所３２０との間隔距離をｃとするとき、０．２≦ａ／（ａ＋ｃ）≦０．６の条件を満足する。

表１を参照すると、第１実施例のａ／（ａ＋ｃ）の項目が０．２と０．６との間の範囲にあることを確認することができるが、当該値を基準に圧延のために２０００ｍ走行するときに破断が発生せず、正極１が３．６９ｇ／ｃｃ以上の密度で形成されることができる。

第１実施例の２０００ｍ走行中の破断回数は０であり、密度は３．６９ｇ／ｃｃ以上であることからみて、正極合剤層２０が十分に圧縮されたとともに、集電体１０に破断が発生しないことが分かる。

第１’実施例の１’－３’番と１’－４’番の場合は、ａ／（ａ＋ｃ）の項目がそれぞれ０．０９と０．８２である。１’－４’番のようにａの値が大きくなってａ／（ａ＋ｃ）の値が０．６を超える場合には、正極合剤層２０の容量が非常に減少することができ、逆に１’－３’番のようにｃの値が大きくなってａ／（ａ＋ｃ）の値が０．２未満である場合には、破断が抑制される効果が半減することができる。したがって、ａ／（ａ＋ｃ）の値が０．２～０．６の範囲内にあることが電池容量及び密度の観点から好ましいことができる。

第１箇所３１０と第３箇所３３０との前記正極合剤層の厚さの差をｘとし、第３箇所３３０と第２箇所３２０との厚さの差をｚとするとき、０．３≦ｘ／（ｘ＋ｚ）≦０．８の条件を満足することができる。

本発明の第１実施例による二次電池用正極１のｘ／（ｘ＋ｚ）の値は、０．３乃至０．８の間の範囲を基準に形成できるが、当該値を基準に圧延のために２０００ｍ走行するときに破断が発生せず、正極１が３．６９ｇ／ｃｃ以上の密度で形成できる

表１を参照すると、第１実施例のｘ／（ｘ＋ｚ）の項目が０．３と０．８との間の範囲にあることを確認することができる。第１実施例の２０００ｍ走行中の破断回数は０であり、密度は３．６９ｇ／ｃｃ以上であることからみて、正極合剤層２０が十分に圧縮されたとともに集電体１０に破断が発生しないことが分かる。

第１’実施例の１’－１’番と１’－２’番の場合は、ｘ／（ｘ＋ｚ）の項目がそれぞれ０．８９と０．１８であるが、１’－１’番のようにｘ／（ｘ＋ｚ）の比率が大きすぎると、緩衝部３００のロードされる正極合剤層２０が厚くなって、延伸率の差を最小化する改善点がなくなることにより、破断が発生（２０００ｍ走行時に２回発生）し、１’－２’番のようにｘ／（ｘ＋ｚ）の比率が小さすぎると、正極合剤層２０を過度に薄くコーティングしなければならならないが、実質的にこれは不可能である。したがって、第１’実施例の１’－１’番及び１’－２’番とは異なり、ｘ／（ｘ＋ｚ）の比率が０．３と０．８との間の範囲内にあるのが、２０００ｍ走行中の破断回数を０に維持するようにしながらコーティングの容易性も確保することができる。

本発明の第２実施例による二次電池用正極１は、緩衝部３００が、互いに異なる３つの傾きを持つことができる。つまり、前記緩衝部３００の第２箇所３２０と前記第３箇所３３０との間に第４箇所３４０が存在することができる。

以下の説明において、ａは正極集電体１０の平面上での第１箇所３１０と第３箇所３３０との間隔を意味し、ｂは正極集電体１０の平面上での第３箇所３３０と第４箇所３４０との間隔を意味し、ｃは正極集電体１０の平面上での第４箇所３４０と第２箇所３２０との間隔を意味する。ｘは正極集電体１０の平面に垂直な方向に第１箇所３１０と第３箇所３３０との厚さの差を意味し、ｙは正極集電体１０の平面に垂直な方向に第３箇所３３０と第４箇所３４０との厚さの差を意味し、ｚは正極集電体１０の平面に垂直な方向に第４箇所３４０と第２箇所３２０との厚さの差を意味する。

図５は本発明の第２実施例による圧延過程後の二次電池用正極１の実測立体断面図である。図５の立体図からも、正極合剤層２０の厚さが変わることにより、正極合剤層２０の傾きが変わりながら、第１箇所３１０、第２箇所３２０、第３箇所３３０及び第４箇所３４０が形成されることを確認することができる。よって、図５から、本発明の二次電池用正極１の構造は実際に生産可能な構造であることが分かる。

本発明の第２実施例による二次電池用正極１は、前記緩衝部の第２箇所３２０と前記第３箇所３３０との間に第４箇所３４０が存在し、前記第３箇所３３０の正極合剤層２０の厚さは、前記コーティング部１００の正極合剤層２０の厚さの２０％～５０％であり、前記第３箇所３３０から前記第４箇所３４０まで前記緩衝部３００の正極合剤層２０の厚さが次第に増加し、前記第３箇所３３０と前記第４箇所３４０との厚さの差は、前記コーティング部１００の正極合剤層２０の厚さの３０％以内に形成できる。

未コーティング部２００と緩衝部３００との境界を第１箇所３１０とし、前記緩衝部３００と前記コーティング部１００との境界を第２箇所３２０とすることができる。つまり、第１箇所は、集電体上に正極合剤層２０が形成されていない部分と形成されている部分との境界である。よって、第１箇所の正極合剤層２０の厚さは０であることができる。第２箇所は、コーティング部１００の正極合剤層２０の厚さが一定である箇所と、コーティング部１００の正極合剤層２０よりも厚さが小さい緩衝部３００との境界であり、よって、第２箇所の正極合剤層２０の厚さは、コーティング部２０の正極合剤層２０の厚さと一致することができる。

本発明の第２実施例による二次電池用正極１は、０．２≦ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦０．５の条件を満足し、かつ、第３箇所３３０から第４箇所３４０までの厚さの変化ｙがｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦０．３の条件を満足することができる。

表４から、第２実施例の２－６番と２－８番の場合は、ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の項目が０．２と０．５との間の範囲にあることを確認することができ、この時のｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の項目が０．３以下であることを確認することができる。６番と８番の場合は、２０００ｍ走行中の破断回数が０であり、密度が３．６９ｇ／ｃｃ以上であることからみて、正極合剤層２０が十分に圧縮されたとともに集電体１０に破断が発生しないことが分かる。

つまり、第１箇所３１０と第３箇所３３０との厚さの差がコーティング部１００の正極合剤層２０の厚さの２０～５０％に該当する場合には、緩衝部３００の中間に形成されている第３箇所３３０と第４箇所３４０との厚さの差がコーティング部１００の３０％以内であることが好ましいことを意味する。緩衝部３００の主な役割である正極１の圧延時の破断を抑制するためには、緩衝部３００の厚さが急激に変化してはいけないので、第１箇所３１０と第３箇所３３０との間の厚さの変化に応じて、第３箇所３３０から第４箇所３４０までの厚さの変化に制限を置くのである。

本発明の第２実施例による二次電池用正極１は、前記緩衝部３００の第２箇所３２０と前記第３箇所３３０との間に第４箇所３４０が存在し、第３箇所３３０の正極合剤層２０の厚さは、前記コーティング部１００の正極合剤層２０の厚さの５０％～６０％であり、前記第３箇所３３０から前記第４箇所３４０まで前記緩衝部３００の正極合剤層２０の厚さが次第に増加し、前記第３箇所３３０と前記第４箇所３４０との厚さの差は、前記コーティング部１００の正極合剤層２０の厚さの２０％以内であることができる。

本発明の第２実施例による二次電池用正極１は、０．５≦ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦０．６の条件を満足し、かつ、第３箇所３３０から第４箇所３４０までの厚さの変化ｙがｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦０．２の条件を満足することができる。

表４から、第２実施例の２－９番の場合は、ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の項目が０．５と０．６の間の範囲にあることを確認することができ、この時のｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の項目が０．２以下であることを確認することができる。２－９番の場合は、２０００ｍ走行中の破断回数が０であり、密度が３．６９ｇ／ｃｃ以上であることからみて、正極合剤層２０が十分に圧縮されたとともに集電体１０に破断が発生しないことが分かる。

つまり、第１箇所３１０と第３箇所３３０との厚さの差がコーティング部１００の正極合剤層２０の厚さの５０～６０％に該当する場合には、緩衝部３００の中間に形成されている第３箇所３３０と第４箇所３４０との厚さの差がコーティング部１００の２０％以内であることが好ましいことを意味する。緩衝部３００の主な役割である正極１の圧延時の破断を抑制するためには、緩衝部３００の厚さが急激に変化してはいけないので、第１箇所３１０と第３箇所３３０との間の厚さの変化に応じて、第３箇所３３０から第４箇所３４０までの厚さの変化に制限を置くのである。実施例２の２－６番及び２－８番の場合と比較すると、２－９番の場合は、ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の値がさらに大きくなって、緩衝部３００の第１箇所３１０と第３箇所３３０との間の厚さの変化が大きくなるので、全体的な緩衝部３００の厚さの変化が急激になることを抑制するために、ｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の値の範囲をより小さくするのである。

本発明の第２実施例による二次電池用正極１は、前記緩衝部３００の第２箇所３２０と前記第３箇所３３０との間に第４箇所３４０が存在し、前記第３箇所３３０の正極合剤層２０の厚さは、前記コーティング部１００の正極合剤層２０の厚さの６０％～７０％であり、前記第３箇所３３０から前記第４箇所３４０まで前記緩衝部３００の正極合剤層２０の厚さが次第に増加し、前記第３箇所３３０と前記第４箇所３４０との厚さの差は、前記コーティング部１００の正極合剤層２０の厚さの１５％以内であることができる。

本発明の第２実施例による二次電池用正極１は、０．６≦ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦０．７の条件を満足し、かつ、第３箇所３３０から第４箇所３４０までの厚さの変化ｙがｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）≦０．１５の条件を満足することができる。

表４から、第２実施例の７番の場合は、ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の項目が０．６と０．７の間の範囲にあることを確認することができ、この時のｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の項目が０．１５以下であることを確認することができる。７番の場合は、２０００ｍ走行中の破断回数が０であり、密度が３．６９ｇ／ｃｃ以上であることからみて、正極合剤層２０が十分に圧縮されたとともに集電体１０に破断が発生しないことが分かる。

つまり、第１箇所３１０と第３箇所３３０との厚さの差がコーティング部１００の正極合剤層２０の厚さの６０～７０％に該当する場合には、緩衝部３００の中間に形成されている第３箇所３３０と第４箇所３４０との厚さの差がコーティング部１００の１５％以内であることが好ましいことを意味する。緩衝部３００の主な役割である正極１の圧延時の破断を抑制するためには、緩衝部３００の厚さが急激に変化してはいけないので、第１箇所３１０と第３箇所３３０との厚さの変化に応じて、第３箇所３３０から第４箇所３４０までの厚さの変化に制限を置くのである。実施例２の２－９番の場合と比較すると、２－７番の場合は、ｘ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の値がさらに大きくなって緩衝部３００の第１箇所３１０と第３箇所３３０との厚さの変化が大きくなるので、全体的な緩衝部３００の厚さの変化が急激になることを抑制するために、ｙ／（ｘ＋ｙ＋ｚ）の値の範囲をさらに小さくするのである。

本発明の第２実施例による二次電池用正極１において、前記集電体１０上での前記第３箇所３３０と前記第４箇所３４０との距離は、前記集電体１０上での前記第１箇所３１０と前記第２箇所３２０との距離の４０％～８０％であることができる。

本発明の第２実施例による二次電池用正極１において、前記集電体１０上での前記第１箇所３１０と前記第３箇所３３０との距離は、前記集電体１０上での前記第１箇所３１０と前記第２箇所３２０との距離の１０％～３０％であることができる。

図３及び図４を参照すると、本発明の第２実施例による二次電池用正極１は、第１箇所３１０と第３箇所３３０との間隔距離をａとし、第３箇所３３０と第４箇所３４０との間隔距離をｂとし、第４箇所３４０と第２箇所３２０との間隔距離をｃとするとき、０．２≦ｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．８の条件を満足することができる。つまり、前記集電体１０上での前記第３箇所３３０と前記第４箇所３４０との距離は、前記集電体１０上での前記第１箇所３１０と前記第２箇所３２０との距離の２０％～８０％であることができる。

表３から、第２実施例の６番乃至９番のｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ）の項目が０．２と０．８の間の範囲にあることを確認することができる。つまり、第２実施例のｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ）の項目が０．２と０．８を基準として、圧延のために２０００ｍ走行するときに破断が発生せず、正極１の密度が３．６９ｇ／ｃｃ以上である。第２実施例の２０００ｍ走行中の破断回数は０であり、密度は３．６９ｇ／ｃｃ以上であることからみて、正極合剤層２０が十分に圧縮されたとともに集電体１０に破断が発生しないことが分かる。よって、第２実施例のｂ／（ａ＋ｂ＋ｃ）の範囲が０．２と０．８の間にあることが好ましい。

また、図３及び図４を参照すると、本発明の第２実施例による二次電池用正極１は、第１箇所３１０と第３箇所３３０との間隔距離をａとし、第３箇所３３０と第４箇所３４０との間隔距離をｂとし、第４箇所３４０と第２箇所３２０との間隔距離ｃとするとき、０．１≦ａ／（ａ＋ｂ＋ｃ）≦０．３の条件を満足することができる。

表３から、第２実施例の６番乃至９番のａ／（ａ＋ｂ＋ｃ）の項目が０．１と０．３の間の範囲にあることを確認することができる。つまり、第２実施例のａ／（ａ＋ｂ＋ｃ）の項目が０．１と０．３を基準として、圧延のために２０００ｍ走行するときに破断が発生せず、正極１の密度が３．６９ｇ／ｃｃ以上である。第２実施例の２０００ｍ走行中の破断回数は０であり、密度は３．６９ｇ／ｃｃ以上であることからみて、正極合剤層２０が十分に圧縮されたとともに集電体１０に破断が発生しないことが分かる。よって、第２実施例のａ／（ａ＋ｂ＋ｃ）の範囲が０．１と０．３の間にあることが好ましい。

本発明の第１及び第２実施例による二次電池用電極１は、前記コーティング部１００の正極合剤層２０の密度が３．５ｇ／ｃｃ以上、前記コーティング部１００の正極合剤層２０のローディング量が１６．０ｍｇ／ｃｍ^２以上、前記正極集電体１０の厚さが１５μｍ以下、前記未コーティング部２００に該当する記集電体１０の引張強さは１２ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であることができる。

高密度の正極を形成させるためには、正極合剤層２０の密度が高くなければならず、本発明では、少なくとも正極合剤層２０の密度が３．５ｇ／ｃｃ以上であることができる。

また、正極合剤層２０のローディング量とは、集電体１０の広さに比べて正極活物質がどれほどコーティングされるかを示すものであるが、本発明の正極１は、高密度だけでなく、一定以上のエネルギーを発生させることができなければならないので、正極合剤層２０のローディング量が１６．０ｍｇ／ｃｍ^２以上であることができる。

一方、正極集電体１０の厚さは１５μｍ以下であることができ、圧延過程後の溶接（Ｗｅｌｄｉｎｇ）過程で融着が発生しないように集電体１０の引張強さは１２ｋｇｆ／ｍｍ^２以上であることができる。

本発明の一実施例による二次電池用正極１の製造方法は、正極集電体１０を準備するステップと、前記正極集電体１０上に正極合剤層２０を塗布するステップと、を含み、前記正極合剤層２０を塗布するステップでは、前記正極集電体１０の一領域上に位置し、正極合剤層２０が一定の厚さで形成されるコーティング部１００と、前記正極集電体１０上で前記コーティング部１００の少なくとも一縁部に位置し、前記正極合剤層２０が形成されない未コーティング部２００と、前記コーティング部１００と前記未コーティング部２００との間に位置し、前記コーティング部１００の厚さよりも小さい厚さで前記正極合剤層２０が塗布された緩衝部３００と、を含む正極１を形成させる。

本発明の一実施例による二次電池用正極１の製造方法において、前記正極合剤層２０の塗布後、前記コーティング部１００及び緩衝部３００を同じ大きさの圧力で圧延するステップをさらに含むことができる。

正極合剤層２０を塗布するステップの後には、電極１を圧延するステップが行われることができる。コーティング部１００と緩衝部３００を同じ力で圧延するので、圧延後にも、緩衝部３００がコーティング部１００よりも小さい厚さで形成できる。

コーティング方法に応じて、緩衝部３００の正極合剤層２０は、緩やかな傾きを持つか或いは階段式で塗布できる。圧延するステップの後、正極１は、正極集電体１０の少なくとも一側または両側に位置した未コーティング部２００からコーティング部１００に近づくほど緩衝部３００の正極合剤層２０の厚さが次第に厚くなる形状を有することができる。

正極合剤層２０を塗布するステップは、コーティング部１００の正極合剤層２０を形成させるコーティング部のスラリー排出口と、緩衝部３００の正極合剤層２０を形成させる緩衝部のスラリー排出口をそれぞれ配置して、２つのスラリー排出口を介して正極集電体１０上に正極合剤層２０をコーティングする方法が活用できる。ここで、２つのスラリー排出口が同時に作動することも、順次作動することもできる。

また、正極合剤層２０を塗布するステップは、１つのスラリー排出口によってコーティング部１００の正極合剤層２０を形成させた後、前記正極合剤層２０が形成されたコーティング層の少なくとも一縁部の正極合剤層２０の一部を除去して、緩衝部３００の正極合剤層２０が緩やかな傾きを持つか或いは階段式で形成されることができる。

以上、本発明を具体的な実施例によって詳細に説明したが、これは本発明を具体的に説明するためのものであり、本発明はこれに限定されず、本発明の技術的思想内で当該分野における通常の知識を有する者によってその変形や改良が可能であるのは明らかであるというべきである。

本発明の単純な変形乃至変更はいずれも本発明の範囲に属するものであり、本発明の具体的な保護範囲は添付された特許請求の範囲によって明確になるだろう。

１ 二次電池用正極
１０ 正極集電体
２０ 正極合剤層
１００ コーティング部
２００ 未コーティング部
３００ 緩衝部
３１０ 第１箇所
３２０ 第２箇所
３３０ 第３箇所
３４０ 第４箇所

Claims (15)

1. 正極集電体、及び前記正極集電体上に設けられた正極合剤層を含む二次電池用正極であって、
   前記正極合剤層が一定の厚さで形成されるコーティング部と、
   前記正極集電体上で前記コーティング部の少なくとも一縁部に位置し、前記正極合剤層が形成されない未コーティング部と、
   前記コーティング部と前記未コーティング部との間に位置し、前記正極合剤層が前記コーティング部の厚さよりも小さい厚さで形成される緩衝部と、を含む、二次電池用正極。
2. 前記緩衝部の厚さは、
   前記未コーティング部と前記緩衝部との境界である第１箇所から前記緩衝部と前記コーティング部との境界である第２箇所に行くほど次第に増加する、請求項１に記載の二次電池用正極。
3. 前記緩衝部の前記第１箇所と前記第２箇所との間に第３箇所が存在し、
   前記緩衝部内の前記第３箇所の正極合剤層の厚さは、前記コーティング部の正極合剤層の厚さの３０％～８０％である、請求項２に記載の二次電池用正極。
4. 前記第３箇所は、前記集電体上での前記第１箇所から前記第２箇所までの長さの２０％～６０％だけ前記第１箇所から離隔している、請求項３に記載の二次電池用正極。
5. 前記緩衝部の前記第２箇所と前記第３箇所との間に第４箇所が存在し、
   前記第３箇所の正極合剤層の厚さは、前記コーティング部の正極合剤層の厚さの２０％～５０％であり、
   前記第３箇所から前記第４箇所まで前記緩衝部の正極合剤層の厚さが次第に増加し、前記第３箇所と前記第４箇所との厚さの差は前記コーティング部の正極合剤層の厚さの３０％以内である、請求項２に記載の二次電池用正極。
6. 前記緩衝部の前記第２箇所と前記第３箇所との間に第４箇所が存在し、
   前記第３箇所の正極合剤層の厚さは前記コーティング部の正極合剤層の厚さの５０％～６０％であり、
   前記第３箇所から前記第４箇所まで前記緩衝部の正極合剤層の厚さが次第に増加し、前記第３箇所と前記第４箇所との厚さの差は前記コーティング部の正極合剤層の厚さの２０％以内である、請求項２に記載の二次電池用正極。
7. 前記緩衝部の前記第２箇所と前記第３箇所との間に第４箇所が存在し、
   前記第３箇所の正極合剤層の厚さは前記コーティング部の正極合剤層の厚さの６０％～７０％であり、
   前記第３箇所から前記第４箇所まで前記緩衝部の正極合剤層の厚さが次第に増加し、前記第３箇所と前記第４箇所との厚さの差は前記コーティング部の正極合剤層の厚さの１５％以内である、請求項２に記載の二次電池用電極。
8. 前記集電体上での前記第３箇所と前記第４箇所との距離が、前記集電体上での前記第１箇所と前記第２箇所との距離の２０％～８０％である、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の二次電池用電極。
9. 前記集電体上での前記第１箇所と前記第３箇所との距離が、前記集電体上での前記第１箇所と前記第２箇所との距離の１０％～３０％である、請求項５乃至７のいずれか一項に記載の二次電池用正極。
10. 前記コーティング部の正極合剤層の密度が３．５ｇ／ｃｃ以上である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の二次電池用正極。
11. 前記コーティング部の正極合剤層のローディング量が１６．０ｍｇ／ｃｍ^２以上である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の二次電池用正極。
12. 前記正極集電体の厚さが１５μｍ以下である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の二次電池用正極。
13. 前記未コーティング部に該当する前記集電体の引張強さが１２ｋｇｆ／ｍｍ^２以上である、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の二次電池用正極。
14. 正極集電体を準備するステップと、
    前記正極集電体上に正極合剤層を塗布するステップと、を含み、
    前記正極合剤層を塗布するステップでは、
    前記正極集電体の一領域上に正極合剤層が一定の厚さで形成されるコーティング部と、前記正極集電体上で前記コーティング部の少なくとも一縁部に位置し、前記正極合剤層が形成されない未コーティング部と、前記コーティング部と前記未コーティング部との間に位置し、前記コーティング部の厚さよりも小さい厚さで前記正極合剤層が塗布された緩衝部とを含む正極を形成させる、二次電池用正極の製造方法。
15. 前記正極合剤層の塗布後、前記コーティング部及び前記緩衝部を同じ大きさの圧力で圧延するステップをさらに含む、請求項１４に記載の二次電池用正極の製造方法。
    

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