JP2024523063A - 二次電池用電極の製造方法、二次電池用電極、及び前記方法に用いられる電極製造システム - Google Patents

Abstract

本発明は、（ａ）有地部と無地部とに区画された集電体を含み、前記無地部に絶縁層が積層された電極シートを準備する段階；及び（ｂ）前記絶縁層が積層された無地部をノッチングして電極タブを形成する段階；を含み、
前記ノッチングは、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓのレーザーを用いて行うことを特徴とする、二次電池用電極の製造方法、二次電池用電極、及び前記方法に用いられる電極製造システムを提供する。

Description

本出願は、２０２１年１０月２５日付け韓国特許出願第１０－２０２１－０１４２５２１号及び２０２２年１０月２１日付け韓国特許出願第１０－２０２２－０１３６３５１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すべての内容を本明細書の一部として含む。

本発明は、二次電池用電極の製造方法、二次電池用電極、及び前記方法に用いられる電極製造システムに関する。

自動車及び携帯用機器に関する需要が増加するにつれて、エネルギー源としての二次電池の需要が急激に増加している。特に、二次電池の中で高いエネルギー密度と放電電圧を有するリチウム二次電池が商用化されて広く使用されている。

前記リチウム二次電池の中でも電池の形状面で、携帯電話、自動車などに適用されることができる角型二次電池とパウチ型二次電池に対する需要があり、材料面で高いエネルギー密度、放電電圧、出力安定性のリチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池などのようなリチウム二次電池に対する需要が多い状況である。

リチウム二次電池は、正極／分離膜／負極構造の電極組立体がどのような構造からなっているかによって分類されることもある。具体的に、長いシート状の正極と負極を分離膜が介在した状態で巻き取った構造のゼリーロール（巻取型）電極組立体、所定の大きさの単位で切り取った多数の正極と負極を分離膜を介在した状態で順次積層したスタック型（積層型）電極組立体、所定単位の正極と負極を分離膜を介在した状態で積層したバイセル（Ｂｉ－ｃｅｌｌ）またはフルセル（Ｆｕｌｌ ｃｅｌｌ）を巻き取った構造のスタック／フォールディング型電極組立体などが知られている。

近年では、スタック型またはスタック／フォールディング型電極組立体をアルミニウムラミネートシートのパウチ型電池ケースに内蔵した構造のパウチ型電池が、低い製造費、少ない重量、容易な形態変形などを理由に多くの関心を集めており、使用量も徐々に増加する趨勢である。

一方、スタック型電極組立体またはスタック／フォールディング型電極組立体は、一側に電極タブが突出している正極及び負極の間に分離膜が介在した状態で積層される構造を有するが、このような構造は外部熱源への露出、内部短絡などにより温度が上昇する場合、分離膜が収縮しながら正極及び負極の一部が接触して短絡を発生させる場合がある。したがって、このような問題を予防するために、図１に示すように、正極及び負極の間に分離膜１３０が介在する電極組立体において、正極に含まれる正極タブ１１２及び／又は負極に含まれる負極タブ部分に絶縁層１１５を形成する技術が紹介されている。

前記電極タブに対する絶縁層の形成技術は電池の安全性と信頼性を向上させたが、電極タブ形成の工程数増加及び難易度増加の原因を引き起こした。

韓国公開特許第１０－２０１５－００９８４４５号公報

本発明者らは、絶縁層が積層された電極タブの効率的なノッチング工程を研究しながら、レーザーカッティング方式を適用した。しかし、レーザーによる切開線の線幅が非常に狭いため、カッティング後溶融した絶縁層の再融着、再融着部の分離時のドロス（ｄｒｏｓｓ）発生、再融着による電極タブのプロファイル不良、絶縁層の溶融及びめくれ現象による絶縁層の浮き上がり（または広がり）、前記絶縁層の浮き上がりによる集電体の一部が露出する問題が発生することを確認した。

本発明者らは、前記問題を解消するために鋭意努力したところ、カッティング時の絶縁層の溶融を最小化することにより、前記のような問題の発生を遮断することができる方法を見出し、本発明を完成した。

本発明は、特定のレーザーを用いることにより、絶縁層が積層された電極タブを含む電極を優れた効率及び優れた品質で製造することができる二次電池用電極の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、切断プロファイルに優れた絶縁層積層電極タブを有する二次電池用電極を提供することを目的とする。

また、本発明は、前記方法に用いられる電極製造システムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明は、
（ａ）有地部と無地部とに区画された集電体を含み、前記無地部に絶縁層が積層された電極シートを準備する段階；及び
（ｂ）前記絶縁層が積層された無地部をノッチングして電極タブを形成する段階；を含み、
前記ノッチングは、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザーを用いて行うことを特徴とする二次電池用電極の製造方法を提供する。

また、本発明は、
絶縁層と集電体が積層された状態でカッティングされたレーザーカッティング電極タブを含み、
前記電極タブのカッティング断面の厚さがカッティング前の厚さを基準として１倍～１．７倍である二次電池用電極を提供する。

また、本発明は、
絶縁層と集電体が積層された状態でカッティングされたレーザーカッティング電極タブを含み、
前記電極タブのカッティング断面において、絶縁層の先端部を基準として突出した集電体の長さが２０μｍ未満である二次電池用電極を提供する。

また、本発明は、
有地部と無地部とに区画された集電体を含み、前記無地部に絶縁層が積層された電極シートを供給する電極シート供給装置；
前記絶縁層が積層された無地部をノッチングして電極タブを形成するパルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓのレーザービーム照射装置；及び
前記電極シートに対するレーザービーム照射部を下部面で支持する治具；を含む電極製造システムを提供する。

本発明の電極の製造方法は、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザーを絶縁層が積層された電極タブのノッチング工程に適用することにより、カッティング後絶縁層の再融着、再融着部の分離時のドロス（ｄｒｏｓｓ）発生、再融着による電極タブのプロファイル不良、絶縁層の溶融及びめくれ現象による絶縁層の浮き上がり（または広がり）、前記絶縁層の浮き上がりによる集電体の露出などの問題を防止し、電極の製造効率及び電極の品質を大きく向上させる効果を提供する。

また、本発明の電極は、優れた絶縁層積層電極タブのプロファイルを提供し、これにより電池の安定性及び信頼性を向上させる効果を提供する。

また、本発明の電極製造システムは、効率的に前記方法を行うことができる電極製造システムを提供する。

絶縁層が積層された電極タブを含む電極を積層した電池構造に対する部分断面図である。 電極タブに絶縁層が積層された電極を製造する過程のうち、電極タブノッチング工程前段階の電極シート形態を示す平面図である。 図２のＡ部分の拡大図である。 本発明において用いるレーザーの特性を視覚的に示す図である。 レーザーのパルス幅によるピークパワーを示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る電極製造システムを模式的に示す図である。 ナノ秒レーザーを用いて絶縁層積層電極タブをカッティングする場合、切断面に絶縁層の広がりが発生した状態を撮影した写真である。 金型を用いて絶縁層積層電極タブをカッティングする場合、切断面に一糸形態のドロス（ｄｒｏｓｓ）が発生した状態を撮影して示した写真である。

以下、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように、本発明の実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態で具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されない。明細書の全体を通じて類似する部分については同一の図面符号を付した。

ある構成要素が他の構成要素に「連結される、備えられる、または設置される」と言及されたときには、その他の構成要素に直接的に連結または設置される場合もあるが、中間に他の構成要素が存在する場合もあると理解されなければならない。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結される、備えられる、または設置される」と言及されたときには中間に他の構成要素が存在しないと理解されなければならない。一方、構成要素間の関係を説明する他の表現、すなわち「～上部に」と「上部に直接」または「～間に」と「直ぐに～間に」または「～に隣り合う」と「～に直接隣り合う」なども同様に解釈されなければならない。

本発明の二次電池用電極の製造方法は、
（ａ）有地部と無地部とに区画された集電体を含み、前記無地部に絶縁層が積層された電極シートを準備する段階；及び
（ｂ）前記絶縁層が積層された無地部をノッチングして電極タブを形成する段階；を含み、
前記ノッチングは、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザーを用いて行うことを特徴とする。

前記パルス幅が１００ｐｓを超える場合、熱による副作用が発生する可能性があり、１０^－６ｐｓ未満の場合には費用上好ましくないことがある。

前記パルス幅は、例えば、ピコ秒（ｐｉｃｏｓｅｃｏｎｄ）、フェムト秒（Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ）などの範囲で選択されることができ、１００ｐｓ～１００ｆｓの範囲で用いられることもできる。

従来の電極の製造においても、絶縁層が積層されていない電極タブのノッチングにレーザー装備を適用する方法が紹介されている。しかし、絶縁層が積層されていない電極タブのノッチングと絶縁層が積層された電極タブのノッチングは、ノッチング素材において大きな差異を有する。したがって、従来のレーザー使用方法を絶縁層が積層された電極タブのノッチングにそのまま適用することは、ノッチング工程の効率性及び製造された電極タブの品質などを考慮するとき、望ましくない選択と思われる。すなわち、絶縁層積層電極タブのノッチング（またはカッティング）時、絶縁層の素材特性がノッチング工程の効率やノッチングが完了した電極タブの品質に非常に大きな影響を及ぼすため、従来の絶縁層が積層されていない電極タブのノッチング工程をそのまま適用することは、効率や品質の面で明確な限界を有する。

具体的に、従来のレーザー適用技術を絶縁層積層電極タブのノッチングに適用する場合、絶縁層の溶融問題でノッチング工程の効率及びノッチングされた電極タブの品質低下が非常に大きいことが確認された。即ち、カッティング媒質の熱吸収及びこれによる媒質の切断メカニズムを利用する従来のレーザーを絶縁層積層電極タブのノッチングに適用する場合、切開線の線幅が非常に狭いレーザーカッティングの特性とレーザー波長を吸収して溶融しながら切断される絶縁層の特性が共に作用しつつ、カッティング時の溶融した絶縁層が再び融着する問題が発生する。また、このように再融着された部分を分離させるとき、切断面のプロファイルが凹凸になり、溶融した絶縁体がまるく固まるなどのドロス（ｄｒｏｓｓ）が発生し、絶縁層の溶融及びめくれ現象により絶縁層の浮き上がり（または広がり）が発生し、前記浮き上がり現象により集電体の一部が露出する問題も発生する。また、このような電極タブ断面のプロファイルは高い不良率を示す。

そのため、本発明は前記のような問題を解決するために、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザーを用いることを特徴とする。

本発明者らが多様な実験を通じて確認したところによれば、従来にノッチング工程に用いられていた連続波（ｃｗ：ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）レーザーはもちろん、パルスレーザーを用いる場合にも前記のような問題が発生する。ただし、パルスレーザーの中でもパルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザーを用いる場合には前記のような問題を避けることができると思われ、ノッチング速度も大きく向上する効果が得られる。すなわち、本発明の範囲を外れたナノ秒（ｎａｎｏｓｅｃｏｎｄ）レーザーを用いる場合にも絶縁層の溶融による問題が発生するが、パルス幅がピコ秒（パルス幅が１００ｐｓ以下）以下であるレーザーを用いる場合には前記のような問題は発生しない。

このような差異点は、図４に示すようなレーザーの切断メカニズムに起因するものと思われる。すなわち、図４に示すように、ナノ秒レーザーの場合、カッティング素材に熱吸収による影響を受ける領域が発生し、絶縁層がこのような領域に位置する場合、溶融しながら前記のような問題を引き起こす。

しかし、ピコ秒（パルス幅が１００ｐｓ以上）以上のパルス幅を有するレーザーを用いる場合、十分なエネルギーが原子に伝達される前に原子結合が割れるため、熱流入のない冷たい状態でカッティングが可能であるので、熱による問題を避けることができる。

本発明の一実施形態において、前記パルス幅が１０ｐｓ～１０^－３ｐｓ、または５ｐｓ～１０^－１ｐｓであるレーザーが効率的に用いられることもできる。なぜならば、パルス幅がさらに小さくなくても、本発明において目的とする効果を得ることができるので、費用などを考慮するとき、前記範囲のパルス幅を有するレーザーが実用的であり得るからである。

本発明の一実施形態において、前記レーザーにはＩｎｆｒａｒｅｄ（ＩＲ）、Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ（ＵＶ）、Ｇｒｅｅｎ領域帯の波長の光が用いられてもよいが、レーザーの安定性及び活用性を考慮するとき、ＩＲが好ましく用いられてもよい。

本発明の一実施形態において、前記レーザーは、平均出力エネルギーが平均走行速度１００ｍｍ／ｓ～２，０００ｍｍ／ｓを基準として１０Ｗ～２００Ｗであるものが用いられてもよく、５００ｍｍ／ｓ～１，５００ｍｍ／ｓを基準として２０Ｗ～１５０Ｗであるものが用いられてもよく、１，０００ｍｍ／ｓを基準として５０Ｗ～１００Ｗであるものが用いられてもよい。

本発明の一実施形態において、前記ノッチング時の平均走行（切断）速度は、１００ｍｍ／ｓ～２，０００ｍｍ／ｓであってもよく、ノッチング効率の側面から５００ｍｍ／ｓ～１，５００ｍｍ／ｓが好ましいことがある。

前記レーザー平均出力エネルギー及び平均走行速度は、本発明の一実施形態を例示したものであり、本発明がこれに限定されるものではない。前記平均出力は、レーザー光学系構成、レンズの集光能力などの環境により適宜変更することができ、平均走行速度はノッチング対象物形態などの環境により適宜変更することができる。

本発明の一実施形態において、前記絶縁層（絶縁層１１５）は高分子樹脂を含むものであってもよい。前記絶縁層は、前記高分子以外にボヘマイト（ｂｏｅｈｍｉｔｅ；ＡｌＯ（ＯＨ））、Ａｌ_２Ｏ_３、γ－ＡｌＯＯＨ、Ａｌ（ＯＨ）_３、Ｍｇ（ＯＨ）_２、Ｔｉ（ＯＨ）_４、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｎＯ_２、 Ｆｅ_２Ｏ_３ 、Ｃｏ_３Ｏ_４ 、ＮｉＯ、ＺｒＯ_２、ＢａＴｉＯ_３、ＳｎＯ_２、ＣｅＯ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ボロンナイトライド（ＢＮ）などからなる群より選択される１種以上の無機質粒子をさらに含むものであってもよい。

また、前記成分以外に、この分野において用いられる１種以上の絶縁層素材をさらに含んでもよい。

前記において、絶縁層に含まれる高分子（バインダー）と無脂質粒子との重量比は、５：９５～９９：１であってもよく、５：９５～５０：５０であってもよく、１０：９０～５０：５０であってもよい。

前記高分子樹脂としては、スチレン－ブタジンエンゴム、アクリレートスチレン－ブタジエンゴム、アクリロニトリル－ブタジエンゴム、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリビニリデンフルオライド、ポリ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共重合体、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリエピクロロヒドリン、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、エチレンプロピレンジエン共重合体、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ラテックス、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロースなどからなる群より選択される１種以上が用いられてもよい。

本発明の一実施形態において、前記電極シートは特に限定されないが、例えば、３０μｍ未満の厚さを有する集電体（正極集電体１１０、負極集電体（１２０、１２２））と４０μｍ未満の片側厚さを有する絶縁層（絶縁層１１５）とを含むものであってもよい。

本発明の一実施形態において、前記電極シートは、有地部に活物質が積層されるか又は積層されていないものであってもよい。通常、活物質が積層された状態で用いられるが、これに限定されるものではない。

本発明の一実施形態において、前記電極は正極または負極であってもよい。前記正極または負極に用いられる集電体（正極集電体１１０、負極集電体（１２０、１２２））は、銅、アルミニウム、金、ニッケル、銅合金、またはこれらの組み合わせにより製造されるホイルなどが用いられてもよいが、これらに限定されるものではない。特に本発明において前記電極は正極であってもよく、集電体としてアルミニウム（Ａｌ）ホイルが用いられてもよい。

前記二次電池用電極の製造方法において、前述した内容を除いてはこの分野において公知の方法が制限なく採用されることができる。

また、本発明は、
絶縁層と集電体が積層された状態でカッティングされたレーザーカッティング電極タブ（例えば、図２および図３に記載の正極タブ１１２）を含み、
前記電極タブのカッティング断面の厚さがカッティング前の厚さを基準として１～１．７倍である二次電池用電極に関するものである。

前記レーザーは、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザーであってもよい。

従来の絶縁層と集電体が積層された状態でカッティングされたレーザーカッティング電極タブを含む電極は、絶縁層がレーザー波長を吸収して溶融しながら切断される特性のため、図７に示すように、絶縁層の溶融及びめくれ現象による絶縁層の浮き上がり（または広がり）が非常に大きく発生する。このような電極タブ断面プロファイルはショートなどを誘発して電池不良を引き起こす。

本発明の電極は、前記のような問題が解消されて絶縁層の浮き上がり（または広がり）が最小化される特徴を有する。

前記において電極タブのカッティング断面の厚さは、カッティング前の厚さを基準として１倍～１．６倍であってもよい。また、下限値は１．１倍、１．２倍、１．３倍、１．４倍、または１．５倍であってもよい。

また、前記本発明の電極タブのカッティング断面は、図８に示すように、金型カッティング時に必然的に発生する一糸形態のドロス（ｄｒｏｓｓ）も含まない特徴を有する。

また、本発明は、
絶縁層と集電体が積層された状態でカッティングされたレーザーカッティング電極タブを含み、
前記電極タブのカッティング断面において絶縁層の先端部を基準として突出した集電体の長さが２０μｍ未満である二次電池用電極に関するものである。

前記レーザーは、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザーであってもよい。

従来の絶縁層と集電体が積層された状態でカッティングされたレーザーカッティング電極タブを含む電極は、絶縁層がレーザー波長を吸収して溶融しながら切断される特性のため、図７に示すように、絶縁層の溶融及びめくれ現象による絶縁層の浮き上がり（または広がり）が非常に大きく発生する。また、このような浮き上がり現象の発生は集電体の露出を引き起こす。前記露出した集電体はショートなどを誘発して電池不良を引き起こす。

本発明の電極は、前記のような問題が解消されて集電体の露出が最小化される特徴を有する。

本発明において前記突出した集電体の長さは、上限値が１８μｍ未満、１６μｍ未満であってもよい。また、下限値は０、１μｍ、３μｍ、５μｍ、１０μｍ、１２μｍ、１５μｍであってもよい。

また、前記本発明の電極タブのカッティング断面は、図８に示すように、金型カッティング時に必然的に発生する一糸形状のドロス（ｄｒｏｓｓ）も含まない特徴を有する。

また、本発明は、
図６に示すように、有地部と無地部とに区画された集電体を含み、前記無地部１２に絶縁層１１が積層された電極シート１０を供給する電極シート供給装置２００；
前記絶縁層１１が積層された無地部をノッチングして電極タブを形成するパルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザービーム照射装置３００；及び
前記電極シートに対するレーザービーム照射部を下部面で支持する治具４００；を含む電極製造システムに関するものである。

本発明のシステムには、前述した電極の製造方法に関連する内容が全て適用されることができる。そのため、以下で重複する内容についての説明は省略する。

本発明の一実施形態において、前記電極シート供給装置２００は、支持ローラー２１０を含むロールツーロール（Ｒｏｌｌ－ｔｏ－Ｒｏｌｌ）装置であってもよい。このとき、ロールツーロール装置は、図８に示す形態であってもよく、図８に示されていない構成として、両側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をさらに含むことができる。

本発明の一実施形態において、前記レーザービーム照射装置３００は、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザービームを照射する装置であることを除いては、市中で購入することができる一般的なレーザー装置と同一の構成を有してもよい。

例えば、前記レーザービーム照射装置３００はレーザーソース生成器、デリバリーミラー（ｄｅｌｉｖｅｒｙ ｍｉｒｒｏｒ）、レーザービーム幅調節器、及びスキャナユニットなどを含めて構成されることができ、前記スキャナはガルバノミラー、シータレンズ（例、エフシータレンズ）などを含むことができる。

本発明の一実施形態において、前記治具４００は、電極シートに対するレーザービーム照射部を下部面で支持することができる形態であれば、その構造は特に制限されない。例えば、図８に示すように、多数個で構成された電極シート支持部４１０がモーター４２０によって回転しながら電極シートを支持するように設計された装置も用いられることができる。

以下、本発明を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明することにする。しかし、本発明に係る実施例は様々な他の形態に変形することができ、本発明の範囲が以下に前述する実施例に限定されると解釈されてはならない。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１～３：二次電池用電極の製造
厚さが１５μｍであるアルミニウムホイル集電体の両面有地部に正極活物質が積層され、無地部の両面にそれぞれ絶縁層（１５μｍ）が積層された電極シートを準備した。前記絶縁層は、ボヘマイトとＳＢＳが６：４の重量比で混合された組成で積層された。

前記電極シートの絶縁層が積層された無地部をピコ秒パルス幅を有するレーザー装置を用いて下記表１の条件でノッチング工程を行って電極タブを形成した。

前記電極タブの切断部を撮影して下記表１に示した。

前記表１の図面において黒色部分は光学顕微鏡撮影時の背景であり、前記黒色部分の境界線が絶縁層と集電体が積層された電極タブの切断部である。前記図面は平面図に該当するイメージであるため、前記電極タブ中の上部絶縁層が示されており、前記絶縁層の下に位置する集電体は切断部に露出または突出していない状態であるため、前記イメージでは見えない。前記表１に示すように、本発明のピコ秒レーザーで製造された電極は、絶縁層と集電体が積層された電極タブの切断プロファイルが非常に優れており、絶縁層の再融着による問題及び絶縁層の溶融による集電体の露出問題が全く発生しないことが確認された。

比較例１～４：二次電池用電極の製造
ナノ秒パルス幅を有するレーザーを用いて下記表２の条件で電極タブノッチングを行ったことを除いては、前記実施例と同様の方法でノッチング工程を行って電極タブを製造した。前記電極タブの切断部を撮影して下記表２に示した。

前記表２の図面はナノ秒レーザー切断後、切断部が完全に切断されないか再融着して除去部を除去できなかった状態で撮影を進行して得た光学顕微鏡写真である。前記イメージは平面図に該当するイメージであるため、絶縁層と集電体が積層された電極タブ中の上部絶縁層及び切断部が主に示されており、比較例１及び２では、絶縁層の溶融により集電体が一部露出したこと（中心部のきらめく部分）が確認される。

前記表２に示すように、ナノ秒レーザーでノッチングされた正極タブの場合、多様な不良形態を示した。具体的に、
比較例１の場合、カッティング後絶縁層の再融着が全面的に発生したことが確認され、絶縁層の溶融により集電体が一部露出したことが確認される。

比較例２の場合、カッティング後絶縁層の再融着が部分的に発生したことが確認され、真ん中の白色部分はカッティング時の絶縁体が溶融した後、再び融着して固まりながら未カッティングが発生した部分と確認される。また、絶縁層の溶融により集電体が一部露出（輝く部分）したことが確認される。

比較例３の場合、ノッチングにより絶縁体が溶融した後再融着したことが確認され、集電体はカッティングされていないことが確認される。

比較例４の場合、カッティングが正常に行われたことが確認されたが、絶縁層のプロファイルが凸凹に形成されたことが確認された。

比較例５～７：二次電池用電極の製造
厚さが１５μｍであるアルミニウムホイル集電体の両面有地部に正極活物質が積層され、無地部の両面にそれぞれ絶縁層（１５μｍ）が積層された電極シートを準備した。前記絶縁層は、ボヘマイトとＳＢＳが５：５の重量比で混合された組成で積層された。

前記電極シートの絶縁層が積層された無地部をナノ秒パルス幅を有するレーザー装置を用いて下記表３の条件でノッチング工程を行って電極タブを形成した。

前記電極タブの切断部を撮影して下記表３に示した。

前記表３において平面写真（ラウンド部及び直線部）のうち上側に黒色で表した部分は光学顕微鏡撮影時の背景であり、下側部分が絶縁層と集電体が積層された電極タブの上部絶縁層部分であり、前記黒色部分の境界線が前記電極タブの切断部である。

また、断面写真のうち中心部のサンドイッチ形状が絶縁層と集電体が積層された電極タブの切断面であり、残りの部分は光学顕微鏡撮影時の背景部である。

前記表２に示すように、ナノ秒レーザーでノッチングされた正極タブの場合、様々な不良形態を示した。具体的に、
比較例５の場合、カッティング端部が凸凹しており、集電体が外部に突出しており（背景に隣接する明るい色部分）、断面写真において切断面の厚さは約２００μｍでカッティング前の厚さ（４５μｍ）と比較して厚さが非常に厚くなったことを確認することができる。前記厚さが厚くなった理由は、ナノ秒レーザー照射時に絶縁層が熱を吸収して溶けながら集電体から分離して外側にめくれる現象（図７参照）が発生したためである。このように露出した集電体はショート及び低電圧などの電池品質の安定性を低下させることがある。

比較例６及び７の場合も、前記図５と類似する形態を示し、断面写真において断面の厚さも約２００μｍで切断前の厚さ（４５μｍ）と比較して厚さが非常に厚くなったことを確認することができた。

実施例４及び比較例８：二次電池用電極の製造
厚さが１５μｍであるアルミニウムホイル集電体の両面有地部に正極活物質が積層され、無地部の両面にそれぞれ絶縁層（１５μｍ）が積層された電極シートを準備した。前記絶縁層は、ボヘマイトとＰＶＤＦが８８：１２の重量比で混合された組成で積層された。

前記電極シートの絶縁層が積層された無地部をピコ秒パルス幅を有するレーザー装置（実施例４）またはピコ秒パルス幅を有するレーザー装置（比較例８）を用いて下記表４の条件でノッチング工程を行って正極タブを形成した。

前記正極タブの切断部を撮影して下記表４に示した。

前記表４において平面写真（ラウンド部及び直線部）のうち上側に黒色で表した部分は光学顕微鏡撮影時の背景であり、下側部分が絶縁層と集電体が積層された電極タブの上部絶縁層部分であり、前記黒色部分の境界線が前記電極タブの切断部である。

また、断面写真のうち中心部のサンドイッチ形状が絶縁層と集電体が積層された電極タブの切断面であり、残りの部分は光学顕微鏡撮影時の背景部である。

前記表４に示すように、実施例４のピコ秒レーザーでノッチングされた絶縁層と集電体が積層された電極タブは切断プロファイルが非常に優れており、絶縁層の再融着による問題が全く発生しないことが確認された。また、絶縁層の溶融による集電体の露出も０（ラウンド部）及び１５．８３μｍ（直線部）で最小化されたことが確認された。

また、断面写真において切断面の厚さは６９．２５μｍで切断前の厚さ（４５μｍ）と比較して厚さ増加が最小化されたことを確認することができた。

また、前記実施例４の実験結果からピコ秒レーザーを用いる場合、電極タブの熱損傷が少なく、カッティング速度を１０００ｍｍ／ｓ以上に高めることが可能であることを確認した。すなわち、本発明においてカッティング速度は５００ｍｍ／ｓ～１，５００ｍｍ／ｓで実施することが可能である。反面、比較例８のように、ナノ秒レーザーを用いる場合、カッティング速度を４００ｍｍ／ｓを超えて高める場合、電極タブの熱損傷が著しく増加して品質が大きく低下した。

一方、比較例８のナノ秒レーザーでノッチングされた絶縁層と集電体が積層された電極タブは切断プロファイルが凸凹しており、絶縁層の溶融による集電体の露出も４９．６８μｍ（ラウンド部）及び２３．０２μｍ（直線部）で大きく形成されたことが確認された。

また、断面写真において切断面の厚さは８２．７１μｍで切断前の厚さ（４５μｍ）と比較して厚さ増加が著しく増加したことを確認することができる。前記厚さが厚くなった理由は、ナノ秒レーザー照射時に絶縁層が熱を吸収して溶けながら集電体から分離して外側にめくれる現象（図７参照）が発生したためである。ショート及び低電圧などの電池品質の安定性を低下させることができる。

実施例５：二次電池用電極の製造
厚さが１５μｍであるアルミニウムホイル集電体の両面有地部に正極活物質が積層され、無地部の両面にそれぞれ絶縁層（１５μｍ）が積層された電極シートを準備した。前記絶縁層は、ボヘマイトとＳＢＳが６：４の重量比で混合された組成で積層された。

前記電極シートの絶縁層が積層された無地部をピコ秒パルス幅を有するレーザー装置を用いて下記表５の条件でノッチング工程を行って電極タブを形成した。

前記電極タブの切断部を撮影して下記表５に示した。

前記表５において平面写真（ラウンド部及び直線部）のうち上側に黒色で表した部分は光学顕微鏡撮影時の背景であり、下側部分が絶縁層と集電体が積層された電極タブの上部絶縁層部分であり、前記黒色部分の境界線が前記電極タブの切断部である。

また、断面写真のうち中心部のサンドイッチ形状が絶縁層と集電体が積層された電極タブの切断面であり、残りの部分は光学顕微鏡撮影時の背景部である。

前記表５に示すように、実施例５のピコ秒レーザーでノッチングされた絶縁層と集電体が積層された電極タブは切断プロファイルが非常に優れており、絶縁層の再融着による問題が全く発生しないことが確認された。また、絶縁層の溶融による集電体の露出も０（ラウンド部）及び０（直線部）で最小化されたことが確認された。

また、断面写真において切断面の厚さは７１．００μｍで切断前の厚さ（４５μｍ）と比較して厚さ増加が最小化されたことを確認することができた。

たとえ本発明を前記言及された好ましい実施例に関連して説明したが、本発明の要旨と範囲から逸脱することなく様々な修正または変形を行うことが可能である。したがって、添付の特許請求の範囲は本発明の要旨に属する限り、このような修正や変形を含むであろう。

１０：電極シート
１１：絶縁層
１２：無地部
１１０：正極集電体
１１２：正極タブ
１１５：絶縁層
１２０、１２２：負極集電体
１３０：分離膜
２００：電極シート供給装置
２１０：支持ローラー
３００：レーザービーム照射装置
４００：治具
４１０：電極シート支持部
４２０：モーター

Claims (15)

1. （ａ）有地部と無地部とに区画された集電体を含み、前記無地部に絶縁層が積層された電極シートを準備する段階；及び
   （ｂ）前記絶縁層が積層された前記無地部をノッチングして電極タブを形成する段階；を含み、
   前記ノッチングは、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザーを用いて行う、二次電池用電極の製造方法。
2. 前記レーザーは、平均出力エネルギーが平均走行速度１００ｍｍ／ｓ～２，０００ｍｍ／ｓを基準として１０Ｗ～２００Ｗである、 請求項１に記載の二次電池用電極の製造方法。
3. 前記ノッチング時の走行平均走行速度は、１００ｍｍ／ｓ～２，０００ｍｍ／ｓである、請求項１に記載の二次電池用電極の製造方法。
4. 前記絶縁層は、高分子樹脂を含む、請求項１に記載の二次電池用電極の製造方法。
5. 前記高分子樹脂は、スチレン－ブタジンエンゴム、アクリレートスチレン－ブタジエンゴム、アクリロニトリル－ブタジエンゴム、アクリロニトリル－ブタジエン－スチレンゴム、アクリルゴム、ブチルゴム、フッ素ゴム、ポリビニリデンフルオライド、ポリ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共重合体、ポリエチレンオキシド、ポリビニルピロリドン、ポリエピクロロヒドリン、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、エチレンプロピレンジエン共重合体、ポリビニルピリジン、クロロスルホン化ポリエチレン、ラテックス、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリビニルアルコール、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、及びジアセチルセルロースからなる群より選択される１種以上である、請求項４に記載の二次電池用電極の製造方法。
6. 前記電極シートは、前記有地部に活物質が積層された、請求項１に記載の二次電池用電極の製造方法。
7. 前記電極シートは、正極または負極である、請求項１から６のいずれか一項に記載の二次電池用電極の製造方法。
8. 絶縁層と集電体が積層された状態でカッティングされたレーザーカッティング電極タブを含み、
   前記電極タブのカッティング断面の厚さがカッティング前の厚さを基準として１倍～１．７倍である、二次電池用電極。
9. 前記レーザーは、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓのレーザーである、請求項８に記載の二次電池用電極。
10. 前記電極タブのカッティング断面は、金型カッティング時に発生する一糸形態のドロス（ｄｒｏｓｓ）を含まない、請求項８に記載の二次電池用電極。
11. 絶縁層と集電体が積層された状態でカッティングされたレーザーカッティング電極タブを含み、
    前記電極タブのカッティング断面において、前記絶縁層の先端部を基準として突出した集電体の長さが２０μｍ未満である、二次電池用電極。
12. 前記レーザーは、パルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓのレーザーである、請求項１１に記載の二次電池用電極。
13. 前記電極タブのカッティング断面は、金型カッティング時に発生する一糸形態のドロス（ｄｒｏｓｓ）を含まない、請求項１１に記載の二次電池用電極。
14. 有地部と無地部とに区画された集電体を含み、前記無地部に絶縁層が積層された電極シートを供給する電極シート供給装置；
    前記絶縁層が積層された前記無地部をノッチングして電極タブを形成するパルス幅が１００ｐｓ～１０^－６ｐｓであるレーザービーム照射装置；及び
    前記電極シートに対するレーザービーム照射部を下部面で支持する治具；を含む、電極製造システム。
15. 前記電極シート供給装置はロールツーロール（Ｒｏｌｌ－ｔｏ－Ｒｏｌｌ）装置である、請求項１４に記載の電極製造システム。

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