JP4578311B2 - 二次電池用電極板の製造方法及びこれを用いて製造される二次電池用電極板 - Google Patents

二次電池用電極板の製造方法及びこれを用いて製造される二次電池用電極板 Download PDF

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本発明は,二次電池用電極板の製造方法及びこれを用いて製造される二次電池用電極板に関し,より詳しくは,基材基板の長さ方向に活物質層を連続コーティングし,上記基材基板の長さ方向と垂直,または,所定の角度でカッティングして二次電池用電極板を形成することにより,基材基板の損失を防止し,上記活物質層の引かれ及び婉曲現象を防止し,単位時間当り生産量が向上した二次電池用電極板の製造方法及びこれを用いて製造される二次電池用電極板に関する。
最近は,セルラーホーン,ノートブックコンピュータ,キャムコーダなどのコンパクトで軽量化された電気/電子装置らが盛んに開発及び生産されている。このような携帯用電気/電子装置などは別途の電源が備われていない場所でも作動できるように電池パックを内蔵している。内蔵された電池パックは携帯用電気/電子装置を一定期間間,駆動させるために所定のレベルの電圧を出力させることができるように内部に少なくとも一つの電池を備えている。
上記電池パックは,経済的な面を考慮して,最近は,充放電可能な二次電池を採用している。二次電池としては,代表的に,ニッケル−カドミウム(Ni−Cd)電池及びニッケル−水素(Ni−MH)電池,リチウム(Li)電池やリチウムイオン(Li−ion)電池などのリチウム二次電池などがある。
特に,リチウム二次電池は,作動電圧が3.6Vであって,携帯用電子装備電源として,たくさん使われているニッケル−カドミウム電池や,ニッケル−水素電池より3倍も高く,単位重量当たりエネルギー密度が高いという面で急速に伸張されている趨勢である。
このようなリチウム二次電池は,主に陽極活物質として,リチウム系酸化物を,陰極活物質としては炭素材を使用している。一般に,電解液の種類によって液体電解質電池と高分子電解質電池とに分類され,液体電解質を使用する電池をリチウムイオン電池,高分子電解質を使用する電池をリチウムポリマー電池という。また,リチウム二次電池は,色々な形状で製造されているが,代表的な形状としては,円筒形,角形及びパウチ形が挙げられる。
通常,上記リチウム二次電池は,陽極活物質がコーティングされた陽極電極板,陰極活物質がコーティングされた陰極電極板及び上記陽極電極板と陰極電極板との間に位置されてショートを防止し,リチウムイオン(Li−ion)の移動のみを可能にするセパレータが巻き取られた電極組立体と,上記電極組立体を受け入れるリチウム二次電池用ケースと,上記リチウム二次電池用ケースの内側に注入されてリチウムイオンの移動を可能にする電解液等からなる。
このようなリチウム二次電池は,上記陽極活物質がコーティングされ陽極タップが連結された陽極電極板,陰極活物質がコーティングされ陰極タップが連結された陰極電極板及びセパレータを積層した後,これを巻き取って電極組立体を製造する。
次に,上記電極組立体を上記リチウム二次電池用ケースに受け入れて上記電極組立体が離脱しないようにした後,上記リチウム二次電池用ケースに電解液を注入した後,封入してリチウム二次電池を完成する。
以下,添付の図面を参照しながら従来技術について説明する。
図1a及び図1bは,従来の二次電池用電極板の単板方式の製造方法を説明するための図面である。
図1aを参照すると,まず,陽極集電体用,または,陰極集電体用の基材基板110を準備する。
次に,上記基材基板110の少なくともいずれかの一面上に陽極活物質,または,陰極活物質を上記基材基板110の長さ方向にコーティングして活物質層120を形成する。その際,上記活物質層120は電極組立体に使われる単位電極板の長さ(L)内に所定の幅(W1)で形成され,上記基材基板110の幅方向に両端の所定の幅(W2)を除いて形成される。
図1bを参照すると,カッタを用いて上記活物質層120が形成された基材基板110を長さ方向にカッティングし,二次電池用電極板の長さ単位で更にカッティングして,二次電池用電極板100を形成する。
即ち,上記二次電池用電極板100は,電極集電体110aと,上記電極集電体110a上に形成された活物質層120とからなり,上記二次電池用電極板100の上記活物質層120が形成されていない両端は,電極板の無地部115として作用する。
上記のような二次電池用電極板100の製造方法は,上記基材基板110の幅方向に両端の所定の幅(W2)を除いて活物質層120を形成することにより, 上記基材基板100の不要な損失が生じる。
また,上記二次電池用電極板100の製造方法は,単板方式,即ち,活物質層120を基材基板110の長さ方向に一つの二次電池用電極板100の活物質層120の長さだけ形成するので,上記二次電池用電極板100の連続的な生産が難しくなって,生産時間が増加する問題がある。
一方,図2は,従来の二次電池用電極板を説明するための断面図である。
図2を参照すると,従来の二次電池用電極板100は,上記電極集電体110上に形成された活物質層120の端面が不均一である。
言い換えると,従来の二次電池用電極板100は,活物質層120が二次電池用電極板100の一端の無地部115との境界部から始まって反対側の無地部との境界部で終わるので,上記活物質層120は,コーティングが始まる部分では曲り現象が生じ,コーティングが終了される部分では引かれ現象が生じる。
これは,上記二次電池用電極板100を備える二次電池の安全性に悪影響を及ぼすことになる。
本発明は,上記従来技術の問題を解決するためのものであって,本発明は,基材基板の長さ方向に活物質層を連続コーティングして所定の角度でカッティングして二次電池用電極板を形成することにより,二次電池の電池容量を向上させ,基材基板の損失を防止し,上記活物質層の引かれ及び婉曲現象を防止し,単位時間当り生産量が向上した二次電池用電極板の製造方法及びこれを用いて製造される二次電池用電極板を提供することをその目的とする。
上記の目的を達成するための本発明の二次電池用電極板の製造方法は,基材基板両側端の所定の幅を除いて,上記基材基板の長さ方向に活物質を連続コーティングして活物質層を形成するステップと,上記活物質層が形成された基材基板をカッタを用いて基材基板の長さ方向に垂直にカッティングして単位電極板を形成するステップとを含んでなる。
上記カッタは回転カッタであることが好ましく,上記基材基板を,カッタを用いて単位電極板にカッティングするステップから生じるバー(burr)を除去するステップを更に含んでもよい。
上記バー(burr)を除去するステップは,網コンベアを介して真空で上記バー(burr)を除去するステップと,ブラッシュによりバー(burr)を除去するステップとを含んでもよい。
上記カッティングされた単位電極板の両端中のいずれかの一つに電極タップを取り付けるステップを更に含んでもよい。上記電極タップは,超音波熔接により取り付けてもよい。
上記電極タップが取り付けられた単位電極板を受納容器に受納するステップを更に含むことができる。
又,本発明の二次電池用電極板は,電極集電体と,上記電極集電体の少なくとも何れかの一面上に形成された活物質層を含み,上記電極集電体は電極集電体用基材基板からなり,上記活物質層は上記基材基板の長さ方向に連続コーティングにより形成され,上記活物質層が形成された基材基板を上記基材基板の長さ方向に垂直した方向にカッティングされて形成されることを特徴とする。
上記活物質層は,中心部を基準として左右対称の形状からなってもよい。
又,本発明の二次電池用電極板の製造方法は,基材基板の両側端の所定の幅を除いて,上記基材基板の長さ方向に活物質を連続コーティングして活物質層を形成するステップと,上記基材基板の長さ方向に0゜を超えかつ90゜未満の角度で傾いたカッタを用いて上記活物質層が形成された基材基板をカッティングして単位電極板を形成するステップとを含んでなる。
また,本発明の二次電池用電極板は,4つの角中,鋭角をなす部分は0゜を超えかつ90゜未満の角をなす電極集電体と,上記電極集電体の少なくとも一面上に所定の幅で形成される活物質層を備える構造からなる。
上記活物質層の4つの角中,鋭角をなす部分は0゜を超えかつ90゜未満の角からなってもよい。
上記電極集電体の長さは上記電極集電体の母材の幅に上記電極集電体の4角中, 鋭角の角のサイン(sin)値に反比例してもよい。
上記のように,本発明によれば,基材基板の長さ方向に活物質層を連続コーティングし,カッティングして二次電池用電極板を形成することにより,基材基板の損失を防止し,上記活物質層の引かれ及び婉曲現象を防止し,単位時間当り生産量が向上した二次電池用電極板の製造方法を提供することができる。
また,本発明は,連続コーティングにより活物質層を形成することにより,基材基板の損失を防止し,単位時間当り生産量が向上した二次電池用電極板の製造方法を提供することができる。
また,本発明は,基材基板の長さ方向に活物質層を連続コーティングし,上記基材基板の長さ方向と所定の角度を成すようにカッティングして二次電池用電極板を形成することにより,二次電池の電池容量を向上させることができる二次電池用電極板の製造方法及びこれを用いて製造される二次電池用電極板を提供することができる。
該技術分野の熟練した当業者は下記の特許請求範囲に記載された本発明の思想及び領域から外れない範囲内で本発明を多様に修正及び変更可能なことが理解できるはずである。
以下に,添付した図面を参照しながら,本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお,本明細書及び図面において,実質的に同一の機能構成を有する発明特定事項については,同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
以下,添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
本発明は,基材基板の長さ方向に活物質層を連続コーティングしカッティングして,二次電池用電極板を形成することにより,基材基板の損失を防止し,上記活物質層の引かれ及び婉曲現象を防止し,単位時間当り生産量が向上した二次電池用電極板の製造方法を提供する。
図3は,本発明の実施の形態に係る二次電池用電極板の製造方法により製造された電極板を備える電極組立体を説明するための斜視図である。
図3を参照すると,上記電極組立体200は,陽極集電体上に陽極活物質がコーティングされた陽極電極板210と,陰極集電体上に陰極活物質がコーティングされた陰極電極板220と,上記陽極電極板210及び陰極電極板220の間に位置して上記陽極電極板210と陰極電極板220のショート(short)を防止し,リチウムイオンの移動のみを可能にするセパレータ230とからなる。
その際,上記陽極活物質としては,カルコゲナイド(chalcogenaide)化合物が使われていて,その例としてLiCoO,LiMn, LiNi0,LiNi1−xCo(0<x<1),LiMn0などの複合金属酸化物らが使われている。陰極活物質としては,炭素(C)系物質,Si,Sn,酸化スズ,スズ合金複合体(composite tin alloys),転移金属酸化物,リチウム金属ナイトライド,または,リチウム金属酸化物などが使われている。また,一般に,上記陽極電極板210はアルミニウム(Al)材質を,陰極電極板220は銅(Cu)材質を使用し,上記セパレータ230は,一般的にポリエチレン(PE),または,ポリプロピレン(PP)を使用するが,本発明において上記の材質に限るのではない。
また,上記陽極電極板210には,一般に,アルミニウム(Al)材質からなり,上部に所定の長さが突出された陽極タップ215が接合されている。上記陰極電極板220には,一般に,ニッケル(Ni)材質からなり,下部に所定の長さが突出された陰極タップ225が接合されているが,本発明において上記陽極タップ215及び陰極タップ225の材質及び突出方向を限るのではない。
一方,図4aは,本発明の第1の実施形態に係る二次電池用電極板形成方法を説明するための工程概略図であり,図4bは,本発明の第1の実施形態に係る二次電池用電極板を説明するための平面図であり,図4cは,本発明の第1の実施形態に係る二次電池用電極板を説明するための断面図である。
本発明の第1の実施形態に係る二次電池用電極板300は,電極集電体310a上に形成された活物質層320の曲り及び引かれ現象がなく,上記活物質層320が中心部を基準として略左右対称の形状からなる構造を含む。
また,本発明の第1の実施形態に係る二次電池用電極板300形成方法は,電極集電体用フォイル(foil)形態の基材基板310上に上記基材基板310の長さ方向に活物質層320を連続して形成し,上記基材基板310の長さ方向と略垂直にカッティングすることにより,上記活物質層320の曲り及び引かれ現象のない二次電池用電極板300を形成することができる。
図4aを参照すると,フォイル(foil)形態の基材基板(base film)310の両端の所定の幅を除いて,上記基材基板310の少なくともいずれかの一面上に活物質を連続コーティング,即ち,上記基材基板310の長さ方向の一部又は全部に上記活物質をコーティングして活物質層320を形成する。
その後,上記活物質層320が形成された基材基板310を回転カッタ500により上記活物質層320がコーティングされる方向,即ち,上記基材基板310の長さ方向の略垂直方向に,二次電池の電極組立体で巻取り可能な二次電池用電極板の大きさで切断して,電極集電体310aと,上記電極集電体310a上に形成された活物質層320と,上記電極集電体310aの両端の活物質層320が形成されていない無地部315とからなる二次電池用電極板300を形成する。
また,上記無地部315と活物質層320の境界部は,上記活物質のコーティング方向と略平行するので,従来の単板方式により活物質層を形成する方法から生じる活物質層の引かれ及び婉曲現象が生じなくなる。従って,リチウム二次電池の安全性が向上する。
その後,上記回転カッタ500により二次電池用電極板300にカッティングする工程から生じるバー(burr)をコンベア網410及びブラッシュ(brush)420を用いて除去する。
上記コンベア網410は,上記コンベア網410の下部を真空で維持して上記バー(burr)及び上記回転カッタ500を用いるカッティング時に生じる異質物を除去し,上記ブラッシュ420は回転し,上記バー(burr)を除去する。
上記回転カッタ500を用いるカッティング時に生じたバー(burr)を除去した後,上記二次電池用電極板300の両端の無地部315中のいずれかの一つに電極タップ330を取り付ける。
上記電極タップ330は,一般に,上記二次電池用電極板300が陽極電極板の場合にはアルミニウム(Al)を,陰極電極板の場合にはニッケル(Ni)を用いて,超音波熔接工程を通じて上記無地部に取り付けるが,ここで,その材質及び取付方法を限るのではない。
その後,上記電極タップ330が取付られた二次電池用電極板300を受納容器430に受納する。
図4b及び図4cを参照すると,図4aと同じ工程により形成された二次電池用電極板300は,基材基板310の長さ方向に活物質を連続コーティングして活物質層310を形成し,上記基材基板310の長さ方向に垂直した方向にカッティングして二次電池用電極板300を形成することにより,上記二次電池用電極板300の無地部315と活物質層320との境界部に引かれ及び婉曲現象が防止されて,上記二次電池用電極板300の無地部315と活物質層320との境界部に活物質が均一にコーティングされる。
言い換えると,上記活物質層320は,上記基材基板310の長さ方向に活物質を連続コーティングして活物質層310を形成し,上記基材基板310の長さ方向に垂直した方向にカッティングして二次電池用電極板300を形成することにより,図4cでのように,上記活物質層320の中心部を基準として見ると,略左右対称の形状に均一に形成されるものである。
一方,図5aは,本発明の第2の実施形態に係る二次電池用電極板形成方法を説明するための工程概略図であり,図5bは,本発明の第2の実施形態に係る二次電池用電極板を説明するための平面図である。
図5a及び図5bに示している本発明の第2の実施形態に係る二次電池用電極板及びその形成方法は,図4a〜図4cに示している二次電池用電極板及びその形成方法と類似する。但し,活物質層620がコーティングされた基材基板610のカッティング時の回転カッタ800を上記基材基板610と所定の角度を成すようにしてカッティングして二次電池用電極板を形成することが異なるだけである。
より詳細に説明すると,下記の通りである。
まず,図3aを参照すると,所定の幅(W)を備えるフォイル(foil)形態の基材基板(base film)610の両端の所定の幅を除いて,上記基材基板610の少なくともいずれかの一面上に活物質を連続コーティング, 即ち, 上記基材基板610の長さ方向の一部又は全部に上記活物質をコーティングして活物質層620を形成する。
その後,上記基材基板610の長さ方向,即ち上記活物質のコーティング方向と所定角度(θ),好ましくは0゜を超えかつ90゜未満の角度で傾いている回転カッタ800を介して上記活物質層620が形成された基材基板610を二次電池の電極組立体で巻取り可能な二次電池用電極板の大きさで切断して,基材基板610を母材とする電極集電体610a,上記電極集電体610a上に形成された活物質層620及び上記電極集電体610aの両端の活物質層620が形成されていない無地部615からなる二次電池用電極板600を形成する。
その後,上記回転カッタ800により二次電池用電極板でカッティングする工程から生じるバー(burr)をコンベア網710及びブラッシュ(brush)720を用いて除去する。
上記コンベア網710は上記コンベア網710の下部を真空で維持して上記バー(burr)及び上記回転カッタ800を用いるカッティング時に生じる異質物を除去し,上記ブラッシュ720は回転し,上記バー(burr)を除去する。
上記回転カッタ800を用いるカッティング時に生じたバー(burr)を除去した後,上記二次電池用電極板600の両端の無地部615中のいずれかの一つに電極タップ630を取付ける。
その後,上記電極タップ630が取付けられた二次電池用電極板600を受納容器730に受け入れる。
図5bを参照すると,図5aでのような工程を通じて形成された二次電池用電極板600は,上記基材基板610の長さ方向,即ち,上記活物質層620のコーティング方向と所定の角度(θ)傾いている回転カッタ800を介して切断されて形成されるので,上記回転カッタ800による上記基材基板610のカッティングラインと上記基材基板610の長さ方向とがなす角は,上記基材基板610と上記回転カッタ800とが成す角度(θ)と同一である。また,上記活物質層620は,上記基材基板610の長さ方向に略平行に形成される。従って,上記二次電池用電極板600の電極集電体610a及び活物質層620の4角の部分中,鋭角を成す部分の角は上記基材基板610と上記回転カッタ800とが成す角度(θ)と同一である。即ち,上記二次電池用電極板600の電極集電体610aの4角部分中,鋭角を成す部分の角は0゜を超えかつ90゜未満のものでもよく,上記活物質層620の4角部分中,鋭角を成す部分の角,また,0゜を超えかつ90゜未満のものでもよい。
また,上記基材基板610と上記回転カッタ800とが成す角度(θ)によって上記二次電池用電極板600の長さ(L)が決定され,その関係は数1の通りである。
Figure 0004578311
即ち,二次電池用電極板の長さ(L)は,上記基材基板の幅(W)に上記基材基板610及び回転カッタ800間の角(θ)のサイン(sin)値に反比例する。従って,上記基材基板610と上記回転カッタ800とが成す角度(θ)が小さいほど,上記二次電池用電極板600の長さ(L)が長くなり,これによって上記活物質層620の長さ(L)も長くなるので,二次電池の電池容量も向上する。
上記のように,連続コーティング工程を通じて上記基材基板310,610上に上記活物質層320,620を形成し,上記活物質層320,620がコーティングされた上記基材基板310,610を上記基材基板310,610と垂直,または,所定の角度で傾いた上記回転カッタ500,800を用いて,上記活物質層320,620がコーティングされた方向,即ち,上記基材基板310,610の長さ方向と垂直,または,所定の角度でカッティングして形成された上記二次電池用電極板300,600は,上記基材基板310,610の全部分を使用することにより,上記基材基板310,610の損失を防止することができる。
また,連続コーティング工程を通じて形成されるので,上記二次電池用電極板300,600の製品バラツキが少なく,上記活物質層320,620と無地部315,615との境界部で上記活物質層320,620の引かれ現象及び曲り現象が防止できる。
また,連続コーティング工程を通じて上記活物質層320,620を形成するので,工程時間が短縮できるので,上記二次電池用電極板300,600の単位時間当り生産量の向上を図ることができる。
また,図5a及び図5bに示しているように形成された二次電池用電極板600を備える二次電池は,上記二次電池用電極板600の長さが相対的に長くなるので,二次電池の電池容量が相対的に向上する。
以上,添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが,本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば,特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において,各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり,それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
従来の二次電池用電極板の単板方式の製造方法の説明図である。 従来の二次電池用電極板の単板方式の製造方法の説明図である。 従来の二次電池用電極板を説明するための断面図である。 本発明に係る二次電池用電極板の製造方法により製造された電極板を備える電極組立体を説明するための斜視図である。 本発明の第1の実施形態に係る二次電池用電極板形成方法を説明するための工程概略図である。 本発明の第1の実施形態に係る二次電池用電極板を説明するための平面図である。 本発明の第1の実施形態に係る二次電池用電極板を説明するための断面図である。 本発明の第2の実施形態に係る二次電池用電極板形成方法を説明するための工程概略図である。 本発明の第2の実施形態に係る二次電池用電極板を説明するための平面図である。
符号の説明
200 電極組立体
210 陽極電極板
215 陽極タップ
220 陰極電極板
225 陰極タップ
230,240 セパレータ
300,600 二次電池用電極板
310,610 基材基板
310a,610a 電極集電体
315,615 無地部
320,620 活物質層
400,700 コンベア
410,710 コンベア網
420,720 ブラッシュ
430,730 受納容器
500,800 回転カッタ

Claims (8)

  1. 基材基板の両側端の所定の幅を除いて,前記基材基板の長さ方向に活物質を連続コーティングして活物質層を形成するステップと,
    前記基材基板の長さ方向に0゜を超えかつ90゜未満の角度で傾いたカッタを用いて前記活物質層が形成された基材基板をカッティングして単位電極板を形成するステップとを含むことを特徴とする二次電池用電極板の製造方法。
  2. 前記カッタは,回転カッタであることを特徴とする請求項1記載の二次電池用電極板の製造方法。
  3. 前記基材基板をカッタを用いて単位電極板でカッティングするステップから生じるバー(burr)を除去するステップを更に含むことを特徴とする請求項1記載の二次電池用電極板の製造方法。
  4. 前記バー(burr)を除去するステップは,
    網コンベアを介して真空で前記バー(burr)を除去するステップと,
    ブラッシュを用いてバー(burr)を除去するステップとを含むことを特徴とする請求項3記載の二次電池用電極板の製造方法。
  5. 前記カッティングされた単位電極板の両端中のいずれかの一つに超音波熔接により電極タップを取り付けるステップを更に含むことを特徴とする請求項1記載の二次電池用電極板の製造方法。
  6. 前記電極タップが取り付けられた単位電極板を受納容器に受納するステップを更に含むことを特徴とする請求項1記載の二次電池用電極板の製造方法。
  7. 4つのコーナーの中で,対角線の方向で互いに向かう2つのコーナーは同一の角をなして、0゜を超えかつ90゜未満の角を有する鋭角をなす電極集電体と,
    前記電極集電体の少なくとも一面上に所定の幅で形成される活物質層を備えることを特徴とする二次電池用電極板。
  8. 前記活物質層の4つのコーナーの中で,対角線の方向で互いに向かう2つのコーナーは同一の角をなして、0゜を超えかつ90゜未満の角を有する鋭角をなすことを特徴とする請求項7記載の二次電池用電極板。
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