JP2023511212A

JP2023511212A - 電極の圧延装置及び電極の圧延方法

Info

Publication number: JP2023511212A
Application number: JP2022544818A
Authority: JP
Inventors: ア・ヘ・ジョ; ジ・ウン・キム
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2021-11-04
Publication date: 2023-03-16
Anticipated expiration: 2041-11-04
Also published as: WO2022108202A1; CN115066764A; EP4080600A1; KR20220068742A; US20230041063A1; JP7442655B2

Abstract

本発明は、電極の圧延装置及び電極の圧延方法に関するものであって、上記電極の圧延装置は、電極を圧延する一対の圧延ロールと、上記電極と共に圧延ロールに投入されて電極と共に圧延され、圧延後に電極から分離される粘着テープとを含む。

Description

本出願は、２０２０年１１月１９日付の韓国特許出願第１０－２０２０－０１５５８３７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、電極の圧延装置及び電極の圧延方法に関するものである。

近年、充放電が可能な二次電池は、ワイヤレスモバイル機器のエネルギー源として広く使用されている。また、二次電池は、化石燃料を使用する既存のガソリン車、ディーゼル車などに起因する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、ハイブリッド電気自動車などのエネルギー源としても注目されている。したがって、二次電池を使用するアプリケーションの種類は、二次電池の長所により非常に多様化しており、今後は今よりも多くの分野と製品に二次電池が適用されると予想される。

このような二次電池は、電極と電解液の構成によってリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、リチウムポリマー電池などに分類されることもあり、その中で電解液の漏液の可能性が少なく、製造が容易なリチウムイオンポリマー電池の使用量が増えている。一般的に、二次電池は、電池ケースの形状によって、電極組立体が円筒形または角形の金属缶に内蔵されている円筒形電池および角形電池と、電極組立体がアルミニウムラミネートシートのパウチ型ケースに内蔵されているパウチ型電池とに分類される。電池ケースに内蔵される電極組立体は、正極、負極、及び上記正極と上記負極との間に介在された分離膜構造からなる充放電が可能な発電素子であって、活物質が塗布された長いシート状の正極と負極との間に分離膜を介在して巻取したゼリーロール型と、所定のサイズの多数の正極と負極を分離膜が介在された状態で順次に積層したスタック型に分類される。

このような電極は、集電体上に電極活物質および溶媒を含む電極スラリーを塗布して電極活物質層を形成した後、乾燥および圧延して製造され得る。

図１は、一般的な電極の圧延装置を示した模式図である。

図１を参照すると、電極の圧延装置１は一対の圧延ロール２０を含む。一方、電極１０は、集電体１１上に電極活物質層１２が形成されている構造であり、上記電極は上記圧延ロール２０の間に投入されて圧延が行われる。

このとき、電極の厚さを一定に維持しながらも電極のエネルギー密度を高めるためには、電極のローディング量を高めた後、電極をできるだけ多く圧縮しなければならない。しかし、この場合、電極活物質層を構成する粒子が過度な圧縮により凝集されて、電極の表面が滑らかになって疎水性を帯びることになり、電極の表面に電解液が浸透し得る空隙が減少して電解液の含浸性が低くなる。

このように電極に電解液が十分に含浸されないと、電極のデッドボリューム（ｄｅａｄｖｏｌｕｍｅ）が発生することになる。正極の場合には、電解液が含浸されない部位の活物質でリチウムの脱挿入が行われず、それが電極の電荷不均衡をもたらし、電池セルの低電圧不良を惹起することになる。負極の場合には、電解液が含浸されない部位からリチウム析出が誘発され、セルの安全性を低下させることになる。

また、電極を圧延する際に圧延ロールの表面に電極活物質等が付着され得るが、それは後の圧延過程で汚染物質として作用することになる。これにより、別途の圧延ロール洗浄の過程が必要となるので、洗浄に要する時間及び作業者の安全が問題となり得る。

本発明は、上記のような課題を解決するために案出されたものであり、電極の過度な圧縮により電極の電解液に対する含浸性が減少することを防止し得る。そして、圧延過程で圧延ロールが汚染されることを防止し得る電極の圧延装置および電極の圧延方法を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態に係る電極の圧延装置は、電極を圧延する一対の圧延ロールと、上記電極と共に圧延ロールに投入されて電極と共に圧延され、圧延後に電極から分離される粘着テープとを含む。

具体的な例において、上記粘着テープは、基材および基材の一面に形成された粘着層を含み得る。

具体的な例において、上記粘着層は、上記基材が電極と接触する面に形成され得る。

具体的な例において、本発明に係る電極の圧延装置は、上記粘着テープを巻出されるアンワインディングロール、及び圧延ロールに投入された粘着テープを電極から分離した後に巻取するリワインディングロールをさらに含み得る。

他の一例において、上記粘着テープは、粘着層の表面に付着しされた粒子状物質をさらに含み得る。

具体的な例において、上記粒子状物質は、ＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ≦２）を含む鉱物であり得る。

また、本発明は電極の圧延方法を提供する。上記電極の圧延方法は、電極を製造するステップと、電極および粘着テープを一対の圧延ロールに共に投入して圧延するステップと、圧延ロールに投入された粘着テープを圧延後に電極から分離して電極活物質層の表面状態を変化させるステップとを含む。

具体的な例において、上記粘着テープは、基材および基材の一面に形成される粘着層を含み得る。

具体的な例において、上記粘着テープは、粘着層の表面に付着された粒子状物質をさらに含み得る。

具体的な例において、上記粒子状物質はＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ≦２）を含む無機物であり得る。

このとき、上記粒子状物質は、粘着テープと電極が共に圧延されることによって、電極の表面に転写され得る。

本発明に係る電極の圧延装置及び方法は、電極の圧延時に接着層が形成された粘着テープを投入して電極と共に圧延することで、表面に電極活物質が凝集された構造の電極表面の状態を変化させるので、電極の電解液に対する含浸性を改善し得る。

また、本発明に係る電極の圧延装置および方法は、電極と粘着テープを共に圧延することによって、圧延ロールの汚染を防止し得る。

一般的な電極の圧延装置を示した模式図である。本発明の一実施形態に係る電極の圧延装置を示した模式図である。本発明の一実施形態に係る電極の圧延装置を示した模式図である。本発明の他の実施形態に係る電極の圧延装置を示した模式図である。本発明に係る電極の圧延方法の手順を示したフローチャートである。電解液を落とした後の実施例および比較例による電極の表面を示した写真である。

以下、本発明について詳細に説明する。その前に、本明細書および特許請求の範囲に使用された用語または単語は、通常的あるいは辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者が彼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切に定義し得るという原則に立脚して、本発明の技術的思想に合致する意味と概念として解釈されるべきである。

本出願において、「含む」または「有する」などの用語は、本明細書に記載の特徴、数字、ステップ、動作、構成要素、部品またはそれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであって、１つまたはそれ以上の他の特徴や数字、ステップ、動作、構成要素、部分品またはそれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除しないものとして理解されるべきである。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとする場合、これは他の部分の「真上に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。逆に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「下に」あるとする場合、これは他の部分の「真下に」ある場合のみならず、その中間に別の部分がある場合も含む。また、本出願において「上に」配置されるとするのは、上部のみならず下部に配置される場合も含むものであり得る。

以下、本発明を詳しく説明する。

本発明の一実施形態に係る電極の圧延装置は、電極を圧延する一対の圧延ロールと、電極と共に圧延ロールに投入されて電極と共に圧延され、圧延後に電極から分離される粘着テープとを含み得る。

上述したように、従来の圧延装置及び圧延方法の場合、電極の厚さを一定に維持しながらも電極のエネルギー密度を高めるためには、電極のローディング量を高めた後に電極をできるだけ多く圧縮しなければならなかった。この場合、電極活物質層を構成する粒子が過度な圧縮により凝集されて、電極の表面が滑らかで疎水性を帯び、電極の表面に電解液が浸透し得る空隙が減少することになり、電解液の含浸性が低くなるという問題があった。あわせて、電極の圧延時に圧延ロールの表面に電極活物質等が付着され得るが、それは後の圧延過程で汚染物質として作用することになる。

また、本発明に係る電極の圧延装置および方法は、電極と粘着テープを共に圧延することで、圧延ロールの汚染を防止し得る。

以下、本発明に係る電極の圧延装置及び圧延方法について詳細に説明する。

＜電極の圧延装置＞
図２及び図３は、本発明の一実施形態に係る電極の圧延装置を示した模式図である。

図２および図３を参照すると、本発明に係る電極の圧延装置１００は、電極１１０を圧延する一対の圧延ロール１２０と、上記電極１１０と共に圧延ロール１２０に投入されて電極１１０と共に圧延され、圧延後に電極１１０から分離される粘着テープ１３０とを含む。

上記電極１１０は、集電体１１１上に電極活物質を含む電極スラリーを塗布し、乾燥することで電極活物質層１１２が形成された構造であり得る。

上記集電体１１１は、正極集電体または負極集電体であってもよく、上記電極活物質は正極活物質または負極活物質であってもよい。また、上記電極スラリーは、電極活物質の他に導電材及びバインダーをさらに含み得る。

本発明において、正極集電体の場合、一般的に３～５００μｍの厚さで作る。このような正極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せずに高い導電性を有するものであれば、特に制限されない。例えば、ステンレススチール、アルミニウム、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スチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどが使用され得る。集電体は、その表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態が可能である。

負極集電体用シートの場合、一般的に３～５００μｍの厚さで作られる。このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば、特に制限されない。例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム‐カドミウム合金などが使用され得る。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化することもでき、フィルム、シート、ホイル、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体など多様な形態で使用され得る。

本発明において、正極活物質は、電気化学的反応を起こし得る物質であって、リチウム遷移金属酸化物として、２種以上の遷移金属を含む。例えば、１種又はそれ以上の遷移金属で置換された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）などの層状化合物、１種またはそれ以上の遷移金属で置換されたリチウムマンガン酸化物、化学式ＬｉＮｉ_１－ｙＭ_ｙＯ_２（ここで、Ｍ＝Ｃｏ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃｒ、ＺｎまたはＧａであり、上記元素のうちの少なくとも１つ以上の元素を含み、０．０１≦ｙ≦０．７である）で表現されるリチウムニッケル系酸化物、Ｌｉ_１＋ｚＮｉ_１／３Ｃｏ_１／３Ｍｎ_１／３Ｏ_２、Ｌｉ_１＋ｚＮｉ_０．４Ｍｎ_０．４Ｃｏ_０．２Ｏ_２などのように、Ｌｉ_１＋ｚＮｉ_ｂＭｎ_ｃＣｏ_{１－（ｂ＋ｃ＋ｄ）}Ｍ_ｄＯ_{（２－ｅ）}Ａ_ｅ（ここで、－０．５≦ｚ≦０．５、０．１≦ｂ≦０．８、０．１≦ｃ≦０．８、０≦ｄ≦０．２、０≦ｅ≦０．２、ｂ＋ｃ＋ｄ＜１であり、Ｍ＝Ａｌ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｔｉ、ＳｉまたはＹであり、Ａ＝Ｆ、ＰまたはＣｌである）で表されるリチウムニッケルコバルトマンガン複合酸化物、化学式Ｌｉ_１＋ｘＭ_１－ｙＭ’_ｙＰＯ_４－ｚＸ_ｚ（ここで、Ｍ＝遷移金属、好ましくはＦｅ、Ｍｎ、ＣｏまたはＮｉ、Ｍ’＝Ａｌ、ＭｇまたはＴｉ、Ｘ＝Ｆ、ＳまたはＮであり、０．５≦ｘ≦＋０．５、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．１である）で表されるオリビン系リチウム金属ホスフェートなどが挙げられるが、これらのみに限定されるものではない。

負極活物質は、例えば、難黒鉛化炭素、黒鉛系炭素などの炭素；Ｌｉ_ｘＦｅ_２Ｏ_３（０≦ｘ≦１）、Ｌｉ_ｘＷＯ_２（０≦ｘ≦１）、Ｓｎ_ｘＭｅ_１－ｘＭｅ’_ｙＯ_ｚ（Ｍｅ：Ｍｎ、Ｆｅ、Ｐｂ、Ｇｅ；Ｍｅ’：Ａｌ、Ｂ、Ｐ、Ｓｉ、周期表の１族、２族、３族元素、ハロゲン；０＜ｘ≦１；１≦ｙ≦３；１≦ｚ≦８）などの金属複合酸化物；リチウム金属；リチウム合金；珪素系合金；スズ系合金；ＳｎＯ、ＳｎＯ_２、ＰｂＯ、ＰｂＯ_２、Ｐｂ_２Ｏ_３、Ｐｂ_３Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_３、Ｓｂ_２Ｏ_４、Ｓｂ_２Ｏ_５、ＧｅＯ、ＧｅＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_４、Ｂｉ_２Ｏ_５などの金属酸化物；ポリアセチレンなどの導電性高分子；Ｌｉ‐Ｃｏ‐Ｎｉ系材料などが使用し得る。

上記導電材は、通常、正極活物質を含む混合物全体の重量を基準として、１～３０重量％で添加される。このような導電材は、当該電池に化学的変化を誘発せずに導電性を有するものであれば、特に制限されない。例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラックなどのカーボンブラック、炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維、フッ化炭素、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末、酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー、酸化チタンなどの導電性金属酸化物、ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが使用され得る。

上記バインダーは、活物質と導電材などの結合と集電体に対する結合に助力する成分であって、通常、正極活物質を含む混合物全体の重量を基準にして、１～３０重量％で添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン‐プロピレン‐ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などが挙げられる。

一方、このような電極スラリーは、電極活物質、導電材及びバインダーなどを溶媒に溶解させて製造され得る。上記溶媒は、電極活物質等を分散し得るものであれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒または非水系溶媒をいずれも使用可能である。上記溶媒は、当該技術分野において一般的に使用される溶媒であり得る。上記溶媒の例えとしては、ジメチルスルホキシド（ｄｉｍｅｔｈｙｌｓｕｌｆｏｘｉｄｅ、ＤＭＳＯ）、イソプロピルアルコール（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｌｃｏｈｏｌ）、Ｎ‐メチルピロリドン（ＮＭＰ）、アセト（ａｃｅｔｏｎｅ）、水などであり、これらのうちの１種単独または２種以上の混合物が使用され得る。上記溶媒の使用量は、スラリー塗布の厚さ、製造収率、作業性等を考慮してスラリーが適切な粘度を有するように調節され得る程度であればよく、特に限定されない。上記溶媒は乾燥過程で除去され得る。

一方、圧延ロール１２０は、電極１１０を圧延するために、電極１１０の上面に位置する上部ロール１２１及び電極１１０の下面に位置する下部ロール１２２の一対からなっている。本発明に係る圧延装置において、圧延ロール１２０は二対以上が含まれ得る。そして、圧延ロール１２０の個数は通常の技術者によって適切に設計され得る。電極１１０は、上記上部ロール１２１と上記下部ロール１２２との間の空間に投入され得る。

一方、本発明に係る電極の圧延装置１００は、粘着テープ１３０をさらに含む。上記粘着テープ１３０は、電極１１０と共に圧延ロール１２０に投入されて、上記圧延ロール１２０によって電極１１０とともに圧延される。上記粘着テープ１３０は、圧延後に電極１１０から分離されながら、上記圧延による電極１１０の表面状態を変化させることができる。

上記粘着テープ１３０は、基材１３１及び基材１３１の一面に形成された粘着層１３２を含み得る。このとき、上記粘着テープ１３０を構成する基材１３１および粘着層１３２の種類は、通常の技術者により適切に設計され得る。

例えば、上記基材１３１は熱可塑性樹脂材質のフィルムまたは発泡フォームを含み得るが、これに制限されない。

上記熱可塑性樹脂材質のフィルムは、例えば、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエーテル樹脂、ポリプロピレン‐ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ポリスチレン樹脂、アクリロニトリル‐スチレン樹脂、アクリロニトリル‐ブタジエン－スチレン樹脂、ポリフェニレンスルフィド樹脂、ナイロン樹脂、ポリエーテルイミド樹脂およびこれらの組み合わせを含む群から選択された少なくとも１つを含み得るが、これに限定されない。

上記基材１３１の厚さは、通常の技術者によって適切に設計され得る。そして、電極の圧延過程に干渉せず、かつ圧延および巻取過程において損傷されないように、十分な機械的強度を有する必要がある。例えば、上記基材の厚さは１０μｍ～約１５０μｍ、詳細には３０～１２０μｍ、より詳細には５０～１００μｍであり得る。基材の厚さが上記範囲内にあるとき、電極の圧延過程を干渉することなく十分な機械的強度を具現し得る。

一方、上記粘着層１３２は、通常の粘着テープで使用される粘着層を構成する高分子物質が使用され得る。例えば、フェノールエポキシ（ｐｈｅｎｏｌｉｃｅｐｏｘｙ）樹脂、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）樹脂、エポキシ（ｅｐｏｘｙ）樹脂、アクリル（ａｃｒｙｌｉｃ）樹脂、シリコーン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）樹脂およびポリウレタン（ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）樹脂のうちの１種または２種以上を含み得る。より詳細には、上記粘着層として、アクリル樹脂又はポリウレタン樹脂を用いることができる。上記粘着層の組成は、下記のような接着強度を達成するために、通常の技術者によって適切に設計され得る。

上記粘着層１３２の厚さも通常の技術者によって適切に設計され得る。例えば、１０～５０μｍ、または２０～４０μｍであり得るが、これらに制限されない。ただし、粘着層が過渡に厚いと、粘着テープが電極から分離されたときに粘着層が電極の表面に残留し得るので、好ましくない。

一方、上記粘着層１３２は、上記基材１３１が電極１１０と接触する面に形成される。すなわち、本発明において、上記粘着テープ１３０は、電極１１０とともに圧延されながら粘着層１３２によって電極１１０に付着され、圧延後に電極１１０から分離されながら粘着層１３２によって表面の電極活物質のうちの一部が電極１１０から剥離される。一般的に、電極は圧延によって電解液の浸透が難しい表面状態となる、しかし、上記粘着テープ１３０が表面の電極活物質を剥離しながら剥離された部分に電解液が容易に浸透し得るようになる。より詳細には、上記粘着テープ１３０は、圧延直後に電極１１０から分離されることで、粘着テープ１３０上の粘着層１３２が電極の表面に残留することを防止し得る。

また、圧延過程中に粘着テープ１３０が電極１１０と圧延ロール１２０との間に介在されることで、電極活物質等が圧延ロール１２０に付着されて汚染物質として作用することを防止し得る。このとき、粘着層１３２は電極１１０と接触する面のみに形成され、圧延ロール１２０と粘着テープ１３０が接触する面には粘着層が形成されないので、圧延ロール１２０に粘着層（１３２）の成分が付着されることを防止し得る。

上記粘着テープ１３０の接着強度は、電極表面の電極活物質のみを剥がし得る程度のサイズを有することが好ましい。具体的には、上記粘着テープの接着強度は５０～２０００ｇｆ／２５ｍｍであり、詳細には７０～１０００ｇｆ／２５ｍｍであり得る。上記接着強度は、例えば、ＡＳＴＭ‐Ｄ９０３に基づいて測定され得る。上記粘着テープの接着強度が上記範囲を外れて過渡に小さいと、電極表面の活物質を剥がすことが難しくて、本発明の目的を達成できない。そして、接着強度が大きすぎると、剥離される活物質の量が過度に増加し、電極が損傷されて電極の品質が低下し得る。また、接着強度が大きすぎると、後述するような粒子状物質が電極の表面上に転写されるのが難しい場合がある。

上記粘着テープ１３０は、電極１１０と共に圧延されるために、電極１１０と同じ速度で圧延ロール１２０に投入および走行され得る。そのために、本発明に係る電極の圧延装置１００は、上記粘着テープ１３０が巻出されるアンワインディングロール１４０、および圧延ロール１２０に投入された粘着テープ１３０を電極１１０から分離した後に巻取するリワインディングロール１５０をさらに含み得る。

上記アンワインディングロール１４０は、予め準備された粘着テープ１３０が巻取されているロールであり、圧延時に粘着テープ１３０を巻出して、電極１１０と共に投入し得る。また、上記リワインディングロール１５０は、圧延によって電極表面に接着された粘着テープ１３０を電極１１０から分離回収して巻取する役割を行う。このとき、粘着テープ１３０の一側はアンワインディングロール１４０に巻取されており、他側はリワインディングロール１５０に巻取されている状態であり得る。この状態で電極１１０が投入されると、アンワインディングロール１４０及びリワインディングロール１５０の回転により粘着テープ１３０が電極の走行速度と同じ速度で走行しながら電極１１０と共に圧延され得る。電極１１０と共に圧延された粘着テープ１３０は、リワインディングロール１５０に巻取されることにつれ、自動に電極１１０から分離され得る。

このとき、上記粘着テープ１３０、アンワインディングロール１４０及びリワインディングロール１５０は、電極１１０の一面または両面に形成され得る。図２の場合、電極の圧延装置１００は、電極活物質層１１２が集電体１１１の一面のみに形成された場合のものであって、粘着テープ１３０が電極１１０の一面のみに位置する。一方、図３の場合、電極の圧延装置２００は、電極活物質層１１２が集電体１１１の両面に全て形成された場合のものであって、粘着テープ１３０が電極１１０の両面に位置し得る。

図４は、本発明の他の実施形態に係る電極の圧延装置を示した模式図である。

図４を参照すると、電極の圧延装置３００は、上述したのと同じく、圧延ロール１２０、粘着テープ１３０、アンワインディングロール１４０及びリワインディングロール１５０を含み得る。このとき、上記粘着テープ１３０は、粘着層１３２の表面に付着された粒子状物質１６０をさらに含み得る。ここで、上記粒子状物質１６０とは、電極１１０の表面に付着されて電極１１０を改質するための物質であり得る。上記粒子状物質１６０は粘着層１３２の表面に付着されているが、圧延ロール１２０による圧延時の電極１１０の表面、すなわち電極活物質層１１２の表面に全部又は一部が転写され得る。すなわち、本発明は、別途のコーティング工程なく容易に、上記粒子状物質を表面にコーティングし得るので、工程の効率性を向上させることができる。上記粒子状物質は、粘着テープの接着力を過度に低下させない程度に粘着層の表面に塗布することができ、これは通常の技術者によって適切に設計され得る。

上記粒子状物質１６０は、実施または改善しようとする電極の性能に応じて適切に選択することができ、具体的な例として、無機粒子が使用され得る。上記無機粒子は、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ、０＜ｘ≦２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）及びタングステン酸化物を含む群から選択される１種以上であり得る。より詳細にはＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ≦２）を使用し得る。このような粒子状物質は、電極の表面に電解液をつなぎ止める核として作用するので、湿潤性を高めて電極の電解液に対する含浸性を向上させることができる。上記電極の表面に塗布される粒子状物質の量は、粘着層の表面に付着された粒子状物質の量を通じて調節され得る。また、電極の表面に塗布される粒子状物質の量は、通常の技術者によって適切に調節され得る。

一方、上記粒子状物質１６０の平均粒径Ｄ_５０は、通常の技術者によって適切に設計され得る。例えば、１０ｎｍ～５μｍであり、詳細には１０ｎｍ～３μｍであり、さらに詳細には１０ｎｍ～１μｍであり得る。平均粒径Ｄ_５０は、例えば、レーザー回折法（ｌａｓｅｒｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ）を用いて測定し得る。粒子状物質の平均粒径が過渡に大きいと、むしろ電解液の浸透を阻害し、電極合剤層と対面する分離膜などに損傷を与えることがあり得る。

また、本発明は、電極の圧延方法を提供する。

図５は、本発明に係る電極の圧延方法の手順を示したフローチャートである。

図５を参照すると、本発明に係る電極の圧延方法は電極を製造するステップ（Ｓ１０）、電極および粘着テープを一対の圧延ロールにともに投入して圧延するステップ（Ｓ２０）、圧延ロールに投入された粘着テープを電極から分離して電極活物質層の表面状態を変化させるステップ（Ｓ３０）を含む。

本発明に係る電極の圧延装置及び方法は、電極の圧延時に接着層が形成された粘着テープを投入して電極と共に圧延し、表面に電極活物質が凝集された構造の電極表面の状態を変化させることによって、電極の電解液に対する含浸性を改善することができる。

まず、電極を製造するステップにおいては、集電体の少なくとも一面に、電極活物質を含む電極スラリーを塗布、その後に乾燥されることで、電極活物質層が形成され得る。これに対する具体的な内容は上述した通りである。

電極が製造されると、電極と粘着テープを一対の圧延ロールに共に投入して電極を圧延する。上記粘着テープは、基材および基材の一面に形成される粘着層を含む。上記粘着層は、基材が電極と接触する面に形成され得る。上記基材および粘着層の構成は上記したのと同じである。

図５を図２または図３と併せて参照すると、アンワインディングロール１４０から巻出された粘着テープ１３０が圧延ロールの間の空間に投入されながら、粘着層が電極の表面、すなわち電極活物質層の表面に接着される。その後、圧延が終了されると、その直ちに粘着テープが電極から分離されてリワインディングロールに巻取される。このとき、電極の投入前の粘着テープの両側がそれぞれアンワインディングロール及びリワインディングロールに巻取さられた状態で粘着テープを走行させることによって、圧延後の粘着テープが電極から直に分離されるようにすることができる。

このように圧延時に粘着テープを付着及び分離することによって、電極活物質層表面の電極活物質一部を粘着テープで剥がすことができ、これにより、圧延によって疎水性を帯びた電極活物質層の表面を、電解液がよりよく浸透し得る状態に変化させることができるのである。

上記粘着テープは、粘着層の表面に付着された粒子状物質をさらに含み得る。上記粘着テープは、粘着層の表面に粒子状物質が付着された状態でアンワインディングロールに巻取されており、電極と共に投入され得る。

上記粒子状物質は、具現または改善しようとする電極の性能に応じて、適切に選択され得る。具体的な例としては、無機粒子が使用され得る。上記無機粒子は、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ、０＜ｘ≦２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）及びタングステン酸化物を含む群から選択される１種以上であり、より詳細にはＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ≦２）を使用し得る。

このような粒子状物質は、粘着テープと電極が共に圧延されることによって電極の表面に転写される。上記粒子状物質は、電極の表面に電解液をつなぎ止める核として作用するので、湿潤性を高めて電極の電解液に対する含浸性を向上させることができる。

また、本発明は、上述したような電極の圧延方法を含む二次電池の製造方法を提供する。

上記二次電池は、正極と負極との間に分離膜が介在された形態の電極組立体が電池ケースに収容された形態である。上記正極は、正極集電体上に正極活物質を含む正極スラリーが塗布されて、正極活物質層が形成された構造であり、正極および負極は上述したような方法によって製造および圧延されたものであり得る。

上記分離膜は正極と負極との間に介在され、高いイオン透過性と機械的強度を有する絶縁性の薄膜が使用される。分離膜の気孔直径は一般に０．０１～１０μｍであり、厚さは一般に５～３００μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐化学性及び疎水性のポリプロピレン等のオレフィン系ポリマー、ガラス繊維またはポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが使用される。電解質としてポリマー等の固体電解質が用いられる場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもあり得る。

一方、上記電池ケースは、電池を包装するための外装材として使用されるものであれば、特に限定されない。例えば、円筒形、角形またはパウチ型が使用され得る。電池ケース内に電極組立体が収容されると、電解液注入後に密封され、後の活性化工程を通じて最終的な二次電池に製造される。電池ケース及び電解液に関する内容は通常の技術者に公知された事項であるので、詳細な説明を省略する。

以下、本発明の理解を助けるために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本発明による実施例は多様な他の形態に変更され得る。そして、本発明の範囲は下の実施例に限定されるものとして解釈されてなならない。本発明の実施例は、当業界において平均的な知識を有する者に、本発明をより完全に説明するために提供されるものである。

実施例１
＜電極の製造＞
負極活物質として黒鉛８８重量％及びＳｉＯ１０重量％、導電材として単層カーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）０．０５重量％、バインダーとしてＳＢＲ（スチレン‐ブタジエンゴム）１．０重量％及び増粘剤としてＣＭＣ０．９７重量％を水に添加して負極スラリーを製造した。

銅集電体（厚さ：１０μｍ）の一面に上記負極スラリーをコーティングし、圧延（ｒｏｌｌｐｒｅｓｓ）して１２０℃の真空オーブンで真空乾燥して電極を製造した。

＜電極の圧延＞
上記電極を粘着テープと共に圧延ロールに投入して、電極を圧延した。具体的に、上記粘着テープとしてはＯＰＰＢＯＸｔａｐｅ（接着強度：７２ｇｆ／２５ｍｍ）を用いた。上記粘着テープは、図２に示すように、アンワインディングロール及びリワインディングロールの間に巻取されており、圧延時にアンワインディングロールから巻出されて、圧延ロール間を走行することで電極と共に圧延される。粘着テープは圧延後に電極から分離されて、リワインディングロールに巻取された。

実施例２
上記粘着テープとして、日東電工社のＮ．４６０５（接着強度：９２２ｇｆ／２５ｍｍ）を用いたことを除いては、実施例１と同一に電極を製造した後に圧延した。

実施例３
上記粘着テープとして、３Ｍ社のＮ．９０７０（接着強度：１７２７ｇｆ／２５ｍｍ）を用いたことを除いては、実施例１と同一に電極を製造した後に圧延した。

比較例
上記電極を、粘着テープを使用せずに、図１のように従来の圧延方法によって圧延したことを除いて、実施例１と同一に電極を製造及び圧延した。

実験例
実施例１～３及び比較例による電極に対して、電解液の含浸性を評価した。

具体的な評価項目は次の通りである。

ＰＣ含浸時間の評価：各実施例および比較例に従って製造された電極の試料をそれぞれ２０個ずつ準備した。各試料の表面に注射器を用いて電解液としてのプロピレンカーボネート（ＰＣ）を１ｍｌずつ落とした後、上記溶媒が電極に全て吸収されるまでの時間を測定した。測定結果は、２０個の試料に対する結果の平均を算出した。その結果を下記表１に示した。

電解液拡散性の評価：各電極の表面に電解液としての１ＭＬｉＰＦ_６カーボネート系溶液を１ｍｌずつ落とした後、電極表面での電解液の拡散性を観察した。その結果を図６に示した。図６（ａ）は比較例による電極の表面を撮影したものであり、（ｂ）～（ｄ）は順に実施例１～３による電極の表面を撮影したものである。

上記表１を参照すると、実施例１～３による電極の場合、電解液の含浸時間が比較例と比べて減少されたことがわかる。これは、電極の圧延時に粘着テープを接触させ、圧延後にそれを分離することで、表面にしっかりと凝集された電極活物質の一部が剥離され、それにより、電極の表面状態が変化し、含浸性が改善されたことを意味する。

あわせて、図６の場合、実施例による電極は、電解液投入時に電解液が比較例に比べてより広く広がることを確認することができる。すなわち、実施例による電極は、比較例に比べて含浸性がより改善されたことが分かり得る。

以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したものに過ぎないものであって、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された図面は、本発明の技術思想を限定するものではなく説明するためのものであり、このような図面によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は特許請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。

一方、本明細書において、上、下、左、右、前、後のような方向を示す用語が用いられたが、このような用語は説明の便宜のためのものであり、対象となる物の位置や観測者の位置などによって変わり得ることは自明である。

１、１００：電極の圧延装置
１０、１１０：電極
１１、１１１：集電体
１２、１１２：電極活物質層
２０、１２０：圧延ロール
１２１：上部ロール
１２２：下部ロール
１３０：粘着テープ
１３１：基材
１３２：粘着層
１４０：アンワインディングロール
１５０：リワインディングロール

Claims

電極を圧延する一対の圧延ロールと、
前記電極と共に前記圧延ロールに投入されて前記電極と共に圧延され、圧延後に前記電極から分離される粘着テープとを含む、電極の圧延装置。
前記粘着テープは、基材及び前記基材の一面に形成された粘着層を含む、請求項１に記載の電極の圧延装置。
前記粘着層は、前記基材が前記電極と接触する面に形成される、請求項２に記載の電極の圧延装置。
前記粘着テープが巻出されるアンワインディングロール、及び
圧延ロールに投入された前記粘着テープを前記電極から分離した後に巻取するリワインディングロールをさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の電極の圧延装置。
前記粘着テープは、粘着層の表面に付着された粒子状物質を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の電極の圧延装置。
前記粒子状物質は、ＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ≦２）を含む無機物である、請求項５に記載の電極の圧延装置。
電極を製造するステップと、
電極及び粘着テープを一対の圧延ロールに共に投入して圧延するステップと、
圧延ロールに投入された前記粘着テープを前記電極から分離して電極活物質層の表面状態を変化させるステップとを含む、電極の圧延方法。
前記粘着テープは、基材及び前記基材の一面に形成される粘着層を含む、請求項７に記載の電極の圧延方法。
前記粘着層は、前記基材が前記電極と接触する面に形成される、請求項８に記載の電極の圧延方法。
前記粘着テープは、粘着層の表面に付着された粒子状物質を含む、請求項７から９のいずれか一項に記載の電極の圧延方法。
前記粒子状物質はＳｉＯ_ｘ（０＜ｘ≦２）を含む無機物である、請求項１０に記載の電極の圧延方法。
前記粒子状物質は、前記粘着テープと前記電極が共に圧延されることによって前記電極の表面に転写される、請求項１０または１１に記載の電極の圧延方法。