TWI553161B - 電極的製作方法 - Google Patents
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Description
本案是有關於一種電性元件的製作方法，且特別是有關於一種電極的製作方法。
一般提升電池的體積能量密度的作法為透過降低正（負）極集電體層的厚度的方式來提升電池的體積能量密度，然而使用越薄的集電體層其抗拉強度越低，在漿料塗佈製程，同樣生產條件下，集電體層容易有破裂或斷裂的情形產生，且不同製程設備各有與集電體層搭配的限制條件。
本案提供一種電極的製作方法， 其包括以下步驟。提供一複合材料。複合材料包括一載體層以及一配置於載體層上的集電體層。集電體層具有彼此相對的一第一表面與一第二表面，而集電體層的第一表面面向載體層。進行一第一塗佈程序，以將一第一電極材料塗佈於集電體層的第二表面上。進行一第一烘烤程序，以烘乾第一電極材料。於烘乾第一電極材料後，移除載體層，而暴露出集電體層的第一表面。進行一第二塗佈程序，以將一第二電極材料塗佈於集電體層的第一表面上，其中第二電極材料的材質與第一電極材料的材質相同。進行一第二烘烤程序，以烘乾第二電極材料。
為讓本案的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1A至圖1I繪示為本案的第一實施例的一種電極的製作方法的剖面示意圖。請參考圖1A，依照本實施例的電極的製作方法，首先，提供一複合材料110。複合材料110包括一載體層112以及一配置於載體層112上的集電體層114，其中集電體層114具有彼此相對的一第一表面114a與一第二表面114b，而集電體層114的第一表面114a面向載體層112。
詳細來說，在本實施例中，載體層112的厚度T1大於集電層114的厚度T2，其中載體層112的厚度例如為6微米至200微米，而集電層114的厚度例如為1微米至6微米，但不以此為限。再者，本實施例的複合材料110更包括一剝離層116，其中剝離層116配置於載體層112與集電體層114之間，以有利於後續分離載體層112與集電體層114。此處，載體層112的材質例如是銅、鋁、不銹鋼等金屬箔，以及PI、PMMA、PP、PC、PE、PET、PVC等聚合物或其上述之組合；而，集電體層114的材質例如是銅箔、鋁箔、不銹鋼箔等複合金屬箔或其上述之組合；且，剝離層116為貼合載體層112與集電體層114的接著劑。
接著，請參考圖1B，為了增加後續電極材料與集電體層114的接觸面積，可進行一第一粗化程序，以粗化集電體層114的第二表面114b，而形成第二表面114b’。此步驟為一選擇性的步驟，並非必要的製程步驟。此處，第二表面114b’的十點平均粗度（Rz）例如是0.1微米至4微米，其中第一粗化程序為一化學性粗化程序或一物理性粗化程序。舉例來說，化學性的粗化程序例如是以一化學藥劑對集電體層114的第二表面114b做粗化，而物理性的粗化程序包括以研磨材研磨集電體層114的第二表面114b或者是對集電體層114的第二表面114b進行電漿轟擊或噴砂處理。
接著，請參考圖1C，進行一第一塗佈程序，以將一第一電極材料120塗佈於集電體層114的第二表面114b’上。此處，第一電極材料120例如為一正極材料或一負極材料，其中正極材料例如是鋰鈷氧化物、鋰鎳鈷錳氧化物、鋰鎳鈦氧化物、鋰錳氧化物、磷酸鋰鐵化物、鋰鎳錳氧化物或上述之組合；或者是，負極材料例如是石墨、矽碳、矽氧、錫氧或其上述之組合。
接著，請參考圖1D，進行一第一烘烤程序，以烘乾第一電極材料120，其中第一烘烤程序所需的時間為30分鐘至120分鐘，而第一烘烤程序所需的溫度為90度至150度。需說明的是，於進行第一烘烤程序時，由於第一電極材料120為流體態，因此於烘烤時易於第一電極材料120中產生至少一第一空氣間隙A1。
接著，請同時參考圖1D與圖1E，於烘乾第一電極材料120後，移除載體層112，而暴露出集電體層114的第一表面114a。此處，是透過位於載體層112與集電體層114之間的剝離層116以剝離的方式來移除剝離層116及其上載體層112。
接著，請同時參考圖1E與圖1F，為了增加後續電極材料與集電體層114的接觸面積，可進行一第二粗化程序，以粗化集電體層114的第一表面114a，而形成第二表面114a’。此步驟為一選擇性的步驟，並非必要的製程步驟。此處，第一表面114a’的十點平均粗度（Rz）例如是0.1微米至4微米，其中第二粗化程序為一化學性粗化程序或一物理性粗化程序。舉例來說，化學性的粗化程序例如是以一化學藥劑對集電體層114的第一表面114a做粗化，而物理性的粗化程序包括以研磨材研磨集電體層114的第一表面114a或者是對集電體層114的第一表面114a進行電漿轟擊或噴砂處理。
接著，請參考圖1G，進行一第二塗佈程序，以將一第二電極材料130塗佈於集電體層114的第一表面114a’上，其中第二電極材料130的材質與第一電極材料120的材質相同。意即，第二電極材料130例如為一正極材料或一負極材料，其中正極材料例如是鋰鈷氧化物、鋰鎳鈷猛氧化物、鋰鎳鈦氧化物、鋰錳氧化物、磷酸鋰鐵化物、鋰鎳錳氧化物或上述之組合；或者是，負極材料例如是石墨、矽碳、矽氧、錫氧或其上述之組合。
之後，請參考圖1H，進行一第二烘烤程序，以烘乾第二電極材料130，其中第二烘烤程序所需的時間為30分鐘至120分鐘，而第二烘烤程序所需的溫度為90度至150度。需說明的是，於進行第二烘烤程序時，由於第二電極材料130為流體態，因此於烘烤時易於第二電極材料130中產生至少一第二空氣間隙A2。
最後，請同時參考圖1H與圖1I，輾壓已烘乾的第一電極材料120與已烘乾的第二電極材料130，以壓出第一空氣間隙A1與第二空氣間隙A2，可有效提升電極100a的導電效率。至此，以完成電極100a的製作。
由於本實施例的電極100a於製作的過程中是以載體層112作為集電體層114的支撐層，因此在進行第一塗佈程序與第一烘烤程序時，集電體層114可具有較佳的抗拉強度。再者，於烘乾第一電極材料120之後，即移除載體層112，因此後續所形成的電極100a並不包含載體層112的厚度。故，所形成的電極100a可具有較薄的厚度。此外，由於所形成的電極100a具有較薄的厚度，因此後續透過堆疊這些電極100a而形成的電池（未繪示）則可提升具有較佳的體積能量密度，可延長5%~30%的使用時間。另外，由於本實施例的集電體層114的第一表面114a與第二表面114b有進行粗化程序，而形成具有粗糙度的第一表面114a’與第二表面114b’，因此除了可有效增加第一電極材料120及第二電極材料130與集電體層114的接觸面積外，亦可提升電池的充放電功率。
圖2A至圖2C繪示為本案的第二實施例的一種電極的製作方法的局部步驟的剖面示意圖。請先參考圖2C，本實施例的電極100b的製作方法同上述圖1A至圖1I的電極100a的製作方法，差異之處在於：於圖1E的步驟之後，意即移除載體層112而暴露出集電體層114的第一表面114a。
之後，請參考圖2A，進行一第二塗佈程序，以將一第二電極材料130塗佈於集電體層114的第一表面114a上。也就是說，本實施例並未對集電體層114的第一表面114a進行粗化程序。
接著，請參考圖2B，進行一第二烘烤程序，以烘乾第二電極材料130，其中第二烘烤程序所需的時間為30分鐘至120分鐘，而第二烘烤程序所需的溫度為90度至150度。需說明的是，於進行第二烘烤程序時，由於第二電極材料130為流體態，因此於烘烤時易於第二電極材料130中產生至少一第二空氣間隙A2。
最後，請同時參考圖2B與圖2C，輾壓已烘乾的第一電極材料120與已烘乾的第二電極材料130，以壓出第一空氣間隙A1與第二空氣間隙A2，可有效提升電極100b的導電效率。至此，以完成電極100b的製作。
圖3A至圖3E繪示為本案的第三實施例的一種電極的製作方法的局部步驟的剖面示意圖。請先參考圖3A，本實施例的電極100c的製作方法與上述圖2A至圖2C的電極100b的製作方法相似，差異之處在於：為了加強抗張強度，亦可於圖1E的步驟之後，意即移除載體層112而暴露出集電體層114的第一表面114a，提供另一載體層113以及一剝離層117，其中113載體層透過剝離層117而固定於已烘乾的第一電極材料120相對遠離集電體層114的表面122上。此處，另一載體層113的目的除了可作為後續第二塗佈程序時的元件支撐層外，亦可有效提升集電體層114與第一電極材料120的抗拉強度。剝離層117可視為是另一載體層113與第一電極材料120之間的接著劑。另一載體層113的材質例如是銅、鋁、不銹鋼等金屬箔，以及PI、PMMA、PP、PC、PE、PET、PVC等聚合物或其上述之組合，而另一載體層113的厚度例如為6微米至200微米。此步驟為一選擇性的步驟，並非必要的製程步驟。
接著，請參考圖3B，進行一第二塗佈程序，以將一第二電極材料130塗佈於集電體層114的第一表面114a上。也就是說，本實施例並未對集電體層114的第一表面114a進行粗化程序。
接著，請參考圖3C，進行一第二烘烤程序，以烘乾第二電極材料130，其中第二烘烤程序所需的時間為30分鐘至120分鐘，而第二烘烤程序所需的溫度為90度至150度。需說明的是，於進行第二烘烤程序時，由於第二電極材料130為流體態，因此於烘烤時易於第二電極材料130中產生至少一第二空氣間隙A2。
之後，請同時參考圖3C與圖3D，移除另一載體層113以及剝離層117，而暴露出第一電極材料120的表面122。此處，是透過位於另一載體層113與第一電極材料120之間的剝離層117以剝離的方式來移除剝離層117及其上的另一載體層113。
最後，請參考圖3E，輾壓已烘乾的第一電極材料120與已烘乾的第二電極材料130，以壓出第一空氣間隙A1與第二空氣間隙A2，可有效提升電極100c的導電效率。至此，以完成電極100c的製作。
綜上所述，在本案的電極的製作方法中，集電體層是配置於載體層上，因此載體層可視為是集電體層的支撐層，可有效提升集電體層的抗拉強度。再者，於烘乾第一電極材料之後，即移除載體層，為了加強抗張強度，可於第二電極材料塗佈之前，另外貼附一層載體層，作為第二塗佈程序的支撐層，並於烘乾第二電極材料之後，即移除載體層，因此後續所形成的電極並不包含載體層的厚度。故，本案的電極的製作方法所形成的電極可具有較薄的厚度。此外，由於所形成的電極具有較薄的厚度，因此後續透過堆疊這些電極而形成的電池則可具有較佳的體積能量密度。
雖然本案已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本案，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100a、100b、100c‧‧‧電極
110‧‧‧複合材料
112‧‧‧載體層
113‧‧‧另一載體層
114‧‧‧集電體層
114a、114a’‧‧‧第一表面
114b、114b’‧‧‧第二表面
116‧‧‧剝離層(接著劑)
117‧‧‧剝離層(接著劑)
120‧‧‧第一電極材料
122‧‧‧表面
130‧‧‧第二電極材料
A1‧‧‧第一空氣間隙
A2‧‧‧第二空氣間隙
T1、T2‧‧‧厚度
110‧‧‧複合材料
112‧‧‧載體層
113‧‧‧另一載體層
114‧‧‧集電體層
114a、114a’‧‧‧第一表面
114b、114b’‧‧‧第二表面
116‧‧‧剝離層(接著劑)
117‧‧‧剝離層(接著劑)
120‧‧‧第一電極材料
122‧‧‧表面
130‧‧‧第二電極材料
A1‧‧‧第一空氣間隙
A2‧‧‧第二空氣間隙
T1、T2‧‧‧厚度
圖1A至圖1I繪示為本案的第一實施例的一種電極的製作方法的剖面示意圖。 圖2A至圖2C繪示為本案的第二實施例的一種電極的製作方法的局部步驟的剖面示意圖。 圖3A至圖3E繪示為本案的第三實施例的一種電極的製作方法的局部步驟的剖面示意圖。
110‧‧‧複合材料
112‧‧‧載體層
114‧‧‧集電體層
114b’‧‧‧第二表面
116‧‧‧剝離層(接著劑)
120‧‧‧第一電極材料
A1‧‧‧第一空氣間隙
Claims (8)
- 一種電極的製作方法，包括：提供一複合材料，該複合材料包括一載體層以及一配置於該載體層上的集電體層，其中該集電體層具有彼此相對的一第一表面與一第二表面，而該集電體層的該第一表面面向該載體層；進行一第一塗佈程序，以將一第一電極材料塗佈於該集電體層的該第二表面上；進行一第一烘烤程序，以烘乾該第一電極材料；於烘乾該第一電極材料後，移除該載體層，而暴露出該集電體層的該第一表面；進行一第二塗佈程序，以將一第二電極材料塗佈於該集電體層的該第一表面上，其中該第二電極材料的材質與該第一電極材料的材質相同；以及進行一第二烘烤程序，以烘乾該第二電極材料；其中，於進行該第一烘烤程序時，於該第一電極材料中產生至少一第一空氣間隙；於進行該第二烘烤程序時，於該第二電極材料中產生至少一第二空氣間隙；以及輾壓已烘乾的該第一電極材料與已烘乾的該第二電極材料，以壓出該第一空氣間隙與該第二空氣間隙。
- 如申請專利範圍第1項所述的電極的製作方法，更包括： 於提供該複合材料之後，且於進行該第一塗佈程序之前，進行一第一粗化程序，以粗化該集電體層的該第二表面。
- 如申請專利範圍第2項所述的電極的製作方法，更包括：於移除該載體層之後，且於進行該第二塗佈程序之前，進行一第二粗化程序，以粗化該集電體層的該第一表面。
- 如申請專利範圍第1項所述的電極的製作方法，更包括：於移除該載體層之後，且於進行該第二塗佈程序之前，提供一另一載體層於烘乾的該第一電極材料相對遠離該集電極層的一表面上，其中該另一載體層透過一剝離層而配置於該集電極層的該表面上；以及於烘乾該第二電極材料之後，移除該另一載體層與該剝離層，而暴露出該第一電極材料的該表面。
- 如申請專利範圍第1項所述的電極的製作方法，其中該載體層的厚度為6微米至200微米。
- 如申請專利範圍第1項所述的電極的製作方法，其中該第一電極材料為一正極材料或一負極材料。
- 如申請專利範圍第1項所述的電極的製作方法，其中該複合材料更包括一剝離層，配置於該載體層與該集電體層之間。
- 如申請專利範圍第7項所述的電極的製作方法，其中該剝離層的材質包括聚丙烯、聚乙烯或其上述之組合。
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