包括非涂覆部压制单元的电极轧制装置的制作方法

1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2021年5月18日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0063930号的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
3.本公开涉及一种包括轧制电极基板的非涂覆部的非涂覆部压制单元的电极轧制装置。


背景技术：

4.随着技术发展和对移动设备的需求的增加，对二次电池的需求也在迅速增加。在二次电池中，锂二次电池由于其高能量密度、高工作电压以及优异的存储和寿命特性而被广泛用作各种电子产品以及各种移动设备的能量源。
5.随着二次电池的应用领域的扩大，对更高容量的二次电池的需求迅速增加。正在研究用于增加电极混合物层的负载量的技术作为增加二次电池的容量的方法。然而，如果增加电极混合物层的负载量，则引起电极的体积增加。为了减小电极的体积，需要以较高压力轧制电极的工序。
6.图1是示出传统的电极基板的轧制工序的示意图。参照图1，具有电极混合物层被涂覆到由铝箔制成的集电体层的两个表面上的结构的电极基板10在经过一对轧辊21和22的同时经历轧制工序。电极基板10通过轧制工序使电极混合物层的密度增大并且体积减小。然而，在以高压轧制电极基板10的过程中，在电极基板10的侧表面部处(特别是在非涂覆部11处)发生膨胀，这导致工艺缺陷率增加的问题。
7.因此，需要一种能够在增加电极混合物层的负载量的同时使电极体积的增加最小化并减少工艺缺陷的技术。
8.[现有技术文献]
[0009]
[专利文献]
[0010]
(专利文献1)韩国专利第1765773号


技术实现要素：

[0011]
技术问题
[0012]
本公开已被设计用于解决上述问题，并且本公开的目的是提供一种包括轧制电极基板的非涂覆部的非涂覆部压制单元的电极轧制装置，以及使用该电极轧制装置的电极轧制方法。
[0013]
技术方案
[0014]
根据本公开的实施例，提供了一种电极轧制装置，该电极轧制装置轧制包括集电体层和形成在集电体层的一个表面或两个表面上的电极混合物层的电极基板，其中，电极轧制装置包括：压制电极基板的非涂覆部区域以形成图案的非涂覆部压制单元，以及轧制电极基板的电极轧制单元，并且其中，非涂覆部压制单元沿电极基板的前进方向布置在电
极轧制单元后方。
[0015]
在一个示例中，非涂覆部压制单元包括压制电极基板的非涂覆部区域的一对非涂覆部轧辊，并且该一对非涂覆部轧辊中的至少一个具有形成有表面不平坦度的结构。
[0016]
在另一个示例中，非涂覆部压制单元包括压制电极基板的非涂覆部区域的一对非涂覆部轧辊，并且该一对非涂覆部轧辊可以具有彼此不同的硬度。
[0017]
另外，在该一对非涂覆部轧辊中，任意一个非涂覆部轧辊具有形成有表面不平坦度的结构，并且另一个非涂覆部轧辊具有未形成表面不平坦度的结构。
[0018]
在一个示例中，该一对非涂覆部轧辊可以具有彼此不同的硬度。该一对非涂覆部轧辊可以包括具有形成有表面不平坦度的结构的第一非涂覆部轧辊，以及具有在表面上未形成表面不平坦度的结构的第二非涂覆部轧辊。第一非涂覆部轧辊可以具有比第二非涂覆部轧辊更高的硬度。
[0019]
第一非涂覆部轧辊位于非涂覆部区域的上部，并且第二非涂覆部轧辊可以位于非涂覆部区域的下部。
[0020]
在一个示例中，电极轧制装置还包括感应加热电极基板的非涂覆部区域的非涂覆部感应加热单元。此时，非涂覆部压制单元可以位于选自非涂覆部感应加热单元的前端、非涂覆部感应加热单元与电极轧制单元之间以及电极轧制单元的后端中的一个或两个以上的位置处。
[0021]
在具体示例中，非涂覆部感应加热单元可以相对于电极基板的涂覆部与非涂覆部区域之间的边界线感应加热涂覆部的部分区域和非涂覆部的全部区域。
[0022]
在一个示例中，在电极基板的涂覆部与非涂覆部之间的边界线上形成绝缘涂层，并且非涂覆部压制单元可以一起压制非涂覆部区域和绝缘涂层。
[0023]
在一个示例中，电极轧制单元包括压制包括电极基板的涂覆部的区域的一对轧辊。
[0024]
在另一个示例中，根据本公开的电极轧制装置还包括加热并干燥电极基板的干燥单元，其中，干燥单元具有位于电极轧制单元下游或者与电极轧制单元位于同一行以包括电极轧制单元的结构。
[0025]
根据本公开的另一个实施例，提供了一种使用如上所述的电极轧制装置轧制电极基板的电极轧制方法，具体地，一种轧制包括集电体层和形成在集电体层的一个表面或两个表面上的电极混合物层的电极基板的方法。在一个示例中，根据本公开的电极轧制方法包括轧制电极基板的电极轧制步骤，以及压制电极基板的非涂覆部区域以形成图案的非涂覆部压制步骤。
[0026]
在一个示例中，在压制非涂覆部区域的步骤中，用一对非涂覆部轧辊压制形成在电极基板的两个侧表面上的非涂覆部区域，以形成不平坦图案。
[0027]
在具体示例中，不平坦图案是峰和谷重复的形状，峰与峰之间的平均间隔在0.5mm至10mm的范围内，并且峰与谷之间的平均高度差在0.1mm至5mm的范围内。
[0028]
在一个示例中，根据本公开的电极轧制方法还可以包括感应加热电极基板的非涂覆部区域的非涂覆部感应加热步骤。此时，可以在非涂覆部感应加热步骤和电极轧制步骤的后期进行非涂覆部压制步骤。
[0029]
在具体示例中，在非涂覆部感应加热步骤中，电极基板的非涂覆部区域被加热到
100℃至300℃范围内的温度。
[0030]
有益效果
[0031]
根据本公开的电极轧制装置和方法可以通过轧制电极基板然后用非涂覆部压制单元轧制非涂覆部来防止在非涂覆部区域中发生膨胀并提高制造工艺效率。
附图说明
[0032]
图1是示出传统的电极轧制工序的图；
[0033]
图2和图3是分别示出根据本公开的实施例的电极轧制工序的剖视图和平面图；
[0034]
图4和图5是分别示出根据本公开的比较例的电极轧制工序的剖视图和平面图；
[0035]
图6是示出在电极基板上沿轧制进行的方向测量拉伸率的位置的图；
[0036]
图7是示出在图6所示的位置测量拉伸率的结果的曲线图；
[0037]
图8是示出根据本公开的另一个实施例的电极轧制工序的平面图；以及
[0038]
图9是示出根据本公开的另一个实施例的电极轧制工序的剖视图。
具体实施方式
[0039]
下面将更详细地描述本公开。在描述之前，本说明书和权利要求书中使用的术语或词不应被解释为限于普通术语或字典术语，并且本公开内容应根据发明人可以适当地定义术语的概念从而以最佳方式适当地描述其自己的公开内容的原则以与本公开内容的技术构思一致的含义和概念来解释。
[0040]
本公开涉及一种电极轧制装置，并且具体地提供了一种用于轧制包括集电体层和形成在集电体层的一个表面或两个表面上的电极混合物层的电极基板的装置。在一个实施例中，根据本公开的电极轧制装置包括：非涂覆部压制单元，压制电极基板的非涂覆部区域以形成图案；以及电极轧制单元，轧制电极基板。此时，非涂覆部压制单元沿着电极基板的前进方向布置在电极轧制单元后方。即，电极基板通过电极轧制单元，然后通过非涂覆部压制单元。
[0041]
作为实现高密度电极的方法，对电极基板进行轧制以增强线压。在该工序中，存在电极基板的侧表面部(特别是非涂覆部区域处)发生膨胀，并且工艺不良率增大的问题。在本公开中，确认了在轧制电极基板后，通过非涂覆部压制单元压制电极基板的非涂覆部以形成图案，由此即使用高线压轧制电极基板，也可以显著减少如上所述膨胀的发生。另外，当电极基板的膨胀减小时，能够降低工艺不良率，此外，还能够增加卷绕电极基板时的卷绕量。因此，根据本公开的电极轧制装置可应用于电极制造，从而显著提高工艺效率。
[0042]
在一个实施例中，非涂覆部压制单元包括压制电极基板的非涂覆部区域的一对非涂覆部轧辊，并且该一对非涂覆部轧辊中的至少一个具有形成有表面不平坦度的结构。使用彼此面对的一对非涂覆部轧辊压制电极基板的非涂覆部区域。此时，在一对非涂覆部轧辊中，至少一个非涂覆部轧辊具有形成有表面不平坦度的结构，并且在电极基板的非涂覆部区域中形成与非涂覆部轧辊的表面不平坦度相对应的不平坦图案。
[0043]
在又一个实施例中，形成在非涂覆部轧辊上的表面不平坦度具有在与电极基板的前进方向(md，机器方向)具有60
°
至150
°
倾斜角的方向上取向的形状。倾斜角的范围在60
°
至120
°
的范围内，在80
°
至150
°
的范围内，或在75
°
至105
°
的范围内。可以在电极基板的前进
方向(md，机器方向)上和在具有上述范围的倾斜角的方向上形成表面不平坦度，从而消除施加到电极基板的非涂覆部的应力并使膨胀的发生最小化。例如，表面不平坦度为在与电极基板的机器方向(md)垂直的方向上取向的形状。
[0044]
在一个具体实施例中，非涂覆部压制单元包括压制电极基板的非涂覆部区域的一对非涂覆部轧辊，在该对非涂覆部轧辊中，任意一个非涂覆部轧辊具有形成有表面不平坦度的结构，并且另一个非涂覆部轧辊具有在表面上未形成表面不平坦度的结构。例如，当电极基板具有在两个侧表面上形成非涂覆部的结构时，非涂覆部压制单元包括压制电极基板的两侧非涂覆部的两对非涂覆部轧辊。其中，基于该对非涂覆部轧辊，从上部或一侧被压制的非涂覆部轧辊具有形成有表面不平坦度的结构，并且从下部或另一侧被压制的非涂覆部轧辊具有在表面上未形成不平坦图案的结构。
[0045]
从上部或一侧被压制的非涂覆部轧辊(第一非涂覆部轧辊)起到对电极基板的非涂覆部赋予不平坦图案的作用，从下部或另一侧被压制的非涂覆部轧辊(第二非涂覆部轧辊)起到引导和支撑电极基板的传送的作用。在这种情况下，从下部或另一侧被压制的非涂覆部轧辊(第二非涂覆部轧辊)可以具有与第一非涂覆部轧辊相比具有相对低的硬度的结构，从而支撑电极基板的非涂覆部，并引导在非涂覆部中形成不平坦图案。此时，在第一非涂覆部轧辊的硬度小于第二非涂覆部轧辊的硬度的情况下，即使根据本实施例的非涂覆部压制单元轧制非涂覆部，也难以改善非涂覆部相对于涂覆部的拉伸率的偏差，使得非涂覆部可能折叠或起皱。具体地，当具有对非涂覆部施力的锯齿的第一非涂覆部轧辊较硬时，在第二非涂覆部轧辊和电极基板被压制的同时，可以基本上良好地发生拉伸。当第一非涂覆部轧辊的硬度小于第二非涂覆部轧辊的硬度时，锯齿形状在施加压力时变形，从而相反地，在该过程中出现起皱和折叠现象，这可能导致拉伸率改善效果的下降和质量的下降。
[0046]
此外，当第一非涂覆部轧辊和第二非涂覆部轧辊由相同材料形成并具有相同硬度时，可能发生金属箔的损坏，例如电极基板的撕裂，或者可能不会出现非涂覆部压制的效果。这在条件(在轧制涂覆部时，上轧辊与下轧辊具有相同的硬度)下可能与轧制涂覆部的情况不同，因为其是用于增加箔本身的拉伸率的轧制，而不是如在轧制涂覆部的情况下，轧制集电箔上的电极混合物层以减小电极混合物层的厚度。
[0047]
在根据本公开的实施例的电极轧制装置中，第一非涂覆部轧辊的摩擦系数优选低于第二非涂覆部轧辊的摩擦系数。如果第一非涂覆部轧辊的摩擦系数大于第二非涂覆部轧辊的摩擦系数，则发生滑移现象，这使得非涂覆部难以被根据本实施例的非涂覆部压制单元均匀轧制，因此，可能难以改善非涂覆部的折叠和起皱的问题。
[0048]
在某些情况下，可以被构造成使得从上部或一侧被压制的非涂覆部轧辊由两个辊形成以对应于电极基板两侧的非涂覆部，并且从下部或另一侧被压制的非涂覆部轧辊由一个辊形成。
[0049]
在另一个具体实施例中，非涂覆部压制单元包括压制电极基板的非涂覆部的一对非涂覆部轧辊，并且非涂覆部轧辊中的每一个具有形成有不平坦图案的结构。其被构造成使得在形成非涂覆部压制单元的所有成对的非涂覆部轧辊上形成不平坦图案，因此，能够赋予从电极基板的两侧到非涂覆部区域压制形成的表面不平坦结构。在这种情况下，可以更清楚地将不平坦结构赋予电极基板的非涂覆部区域。
[0050]
形成非涂覆部压制单元的非涂覆部轧辊中的至少一个可以由铝或其合金、不锈
钢、塑料材料和陶瓷材料中的至少一种形成。例如，形成非涂覆部压制单元的一对辊由具有高强度的工程塑料材料形成。此时，可以进一步对非涂覆部轧辊的表面进行涂覆，以增加强度和硬度。非涂覆部轧辊的涂覆材料可以是金属材料。在另一个示例中，非涂覆部压制单元包括一对非涂覆部轧辊，其中任意一个非涂覆部轧辊由具有高强度和高硬度的工程塑料材料形成，并且另一个非涂覆部轧辊例如由具有在90f以下或50f至90f的维氏硬度范围内的相对较低的硬度的塑料材料或橡胶材料形成。
[0051]
如本文所使用的，涂覆部是指电极混合物层涂覆在集电体层中的区域，非涂覆部是指电极混合物层未涂覆在集电体层中的区域。因此，涂覆部和非涂覆部具有彼此不同的层压结构和厚度，并且施加到电极基板的应力集中在涂覆部与非涂覆部之间的边界线上。在本公开中，为了消除施加到电极基板的应力，可以进一步包括感应加热单元，具体为非涂覆部感应加热单元。
[0052]
在一个实施例中，根据本公开的电极轧制装置还包括感应加热电极基板的非涂覆部区域的非涂覆部感应加热单元。非涂覆部感应加热单元主要用于阴极的轧制，而不应用于阳极的轧制。此外，在轧制阴极时，非涂覆部压制单元可以位于非涂覆部感应加热单元和电极轧制单元的后端。
[0053]
非涂覆部感应加热单元具有均匀地拉伸形成集电体层的金属箔的效果。非涂覆部感应加热单元例如具有含有两个加热表面从而覆盖形成在电极基板的两个侧表面上的非涂覆部的结构。
[0054]
非涂覆部感应加热单元对电极基板的非涂覆部进行感应加热。具体地，在电极基板的涂覆部与非涂覆部之间的边界线周围感应加热涂覆部的部分区域和非涂覆部的全部区域。例如，感应加热单元具有两个加热表面，并且每个感应加热单元的加热表面的md方向(机器方向)的长度与td方向的长度之比(md∶td)在30∶70至70∶30、在30∶70至45∶55或在55∶45至70∶30的范围内。另外，例如，感应加热单元的每个加热表面积在1300mm2至2000mm2的范围内。
[0055]
非涂覆部感应加热单元感应加热电极基板的非涂覆部区域，例如，将电极基板的非涂覆部区域加热到100℃至300℃范围内的温度。在不太高的温度下加热非涂覆部，使得形成非涂覆部的金属箔的变形和膨胀被最小化。此时，可以将涂覆部的表面温度加热到30℃至80℃范围内的温度。
[0056]
同时，在轧制阳极的情况下，优选本公开的轧制装置不包括非涂覆部感应加热单元。
[0057]
在一个实施例中，电极轧制单元包括压制包括电极基板的涂覆部的区域的一对轧辊。例如，电极轧制单元具有压制包括涂覆部区域和非涂覆部区域的电极基板的整个表面的结构。在另一个示例中，电极轧制单元可以具有用于压制电极基板的涂覆部区域的结构。
[0058]
在另一个实施例中，电极轧制单元在0.5ton/cm至6ton/cm范围内的线压下压制电极基板。具体地，在电极轧制单元中施加到电极基板的线压在1.8ton/cm至6ton/cm的范围内，在2ton/cm至6ton/cm的范围内，在2.5ton/cm至6ton/cm的范围内，在2.8ton/cm至6ton/cm的范围内，或在2.8ton/cm至4ton/cm的范围内。作为实现高密度电极的方法，增强了施加到电极基板的线压。在本公开中，即使当在电极轧制单元中以相对高水平的线压轧制电极基板时，也可以显著降低发生膨胀的程度。
[0059]
在又一个实施例中，根据本公开的电极轧制装置还包括加热并干燥电极基板的干燥单元。具体地，干燥单元具有位于电极轧制单元下游或与电极轧制单元位于同一行以包括电极轧制单元的结构。例如，在本公开中，在轧制电极基板之后，可以在干燥室中干燥电极基板。在另一个示例中，根据本公开，也可以在轧制电极基板的同一时间干燥电极基板。在另一个示例中，根据本公开，电极轧制单元可以具有包括由内置加热线圈加热的压辊的结构，这使得能够通过加热的压辊轧制电极基板。
[0060]
在本公开的另一个实施例中，提供了一种电极轧制方法，具体地，一种轧制包括集电体层和形成在集电体层的一个表面或两个表面上的电极混合物层的电极基板的方法。在一个实施例中，根据本公开的电极轧制方法包括轧制电极基板的电极轧制步骤，以及压制电极基板的非涂覆部区域以形成图案的非涂覆部压制步骤。
[0061]
在本公开中，确认了通过非涂覆部压制单元压制电极基板的非涂覆部以形成图案，由此即使当以高线压轧制电极基板时，也可以显著减少非涂覆部中的膨胀的发生，可以减轻非涂覆部中的褶皱并改善折叠。此外，当电极基板的膨胀减少或非涂覆部区域的褶皱和折叠改善时，可以降低工艺缺陷率，并且可以增加电极基板卷绕时的卷绕量。因此，根据本公开的电极轧制方法可以在电极制造期间提高工艺效率并且可以减少产品缺陷。
[0062]
在一个实施例中，在非涂覆部压制步骤中，分别用一对非涂覆部轧辊压制形成在电极基板的两个侧表面上的非涂覆部区域以形成不平坦图案。此外，通过使用彼此面对的非涂覆部轧辊压制电极基板的非涂覆部区域。在这种情况下，成对的非涂覆部轧辊中的至少一个具有形成有表面不平坦度的结构。例如，成对的非涂覆部轧辊中的一个非涂覆部轧辊具有形成有表面不平坦度的结构，或者成对的非涂覆部轧辊中的全部具有形成有表面不平坦度的结构。不平坦图案以与非涂覆部轧辊的表面不平坦度对应的形状形成在电极基板的非涂覆部区域中。在非涂覆部压制步骤中应用的辊的形状和材料与上述相同。
[0063]
在又一个实施例中，在非涂覆部压制步骤中，在电极基板的非涂覆部区域中形成在电极基板的机器方向(md)和具有60
°
至150
°
倾斜角的方向上取向的不平坦图案。形成在电极基板的非涂覆部区域上的不平坦图案对应于压辊的表面形状。具体地，倾斜角的范围在60
°
至120
°
的范围内，在80
°
至150
°
的范围内，或在75
°
至105
°
的范围内。在电极基板的前进方向(md，机器方向)和具有上述范围内的倾斜角的方向上形成不平坦图案，从而可以消除施加在电极基板的非涂覆部的应力并且可以使膨胀的发生最小化。例如，不平坦图案为在垂直于电极基板的机器方向(md)的方向上取向的形状。
[0064]
在具体实施例中，在电极基板的非涂覆部区域中形成的不平坦图案具有峰和谷重复的形状。例如，峰与峰之间的平均间隔在0.5mm至10mm的范围内，峰与谷之间的平均高度差在0.1mm至5mm的范围内。在另一个示例中，峰与峰之间的平均间隔在1mm至5mm的范围内，峰与谷之间的平均高度差在0.3mm至2.5mm的范围内。峰与峰之间的平均间隔更优选在1mm至2mm的范围内，峰与谷之间的平均高度差更优选在0.4mm至0.8mm的范围内。形成在电极基板的非涂覆部区域中的不平坦图案可以按照产品的规格或用途进行各种变形。在本公开中，通过将不平坦图案的形状控制在上述范围内，能够抑制在二次电池的装配过程中由于非涂覆部的图案形成而导致的体积增大，同时使非涂覆部中膨胀的发生最小化。
[0065]
在又一个实施例中，根据本公开的电极轧制方法还包括，在电极轧制步骤之前，感应加热电极基板的非涂覆部区域的非涂覆部感应加热步骤。非涂覆部感应加热步骤是与电
极基板的干燥步骤分开进行的步骤。在本公开中，确认了通过在电极轧制步骤之前执行非涂覆部感应加热步骤，消除了非涂覆部中的应力并且有效地抑制了膨胀的发生。
[0066]
在非涂覆部感应加热步骤中，非涂覆部在电极轧制步骤之前被预先拉伸，以消除在电极轧制步骤中在非涂覆部中产生的应力，并应将其加热到使形成集电体的金属箔变形最小化的温度。为此目的，非涂覆部感应加热步骤可以将电极基板的非涂覆部区域加热到100℃至300℃范围内的温度。具体地，在非涂覆部感应加热步骤中，电极基板的非涂覆部被加热到在100℃至250℃或150℃至200℃范围内的温度。在非涂覆部感应加热步骤中，将电极基板的非涂覆部加热到相对较低的温度，用于在电极轧制步骤之前预先拉伸非涂覆部，并且使形成集电体的金属箔的变形最小化。
[0067]
在一个实施例中，在电极轧制步骤中，以0.5ton/cm至6ton/cm范围内的平均线压轧制电极基板。具体地，在电极轧制单元中施加到电极基板上的线压可以在1.8ton/cm至6ton/cm的范围内、在2ton/cm至6ton/cm的范围内、在2.5ton/cm至6ton/cm的范围内、在2.8ton/cm至6ton/cm的范围内或在2.8ton/cm至4ton/cm的范围内。作为实现高密度电极的方法，增强了施加到电极基板上的线压。根据本公开，即使当在电极轧制单元中以相对高水平的线压轧制电极基板时，也可以显著降低发生膨胀的程度。
[0068]
在一个实施例中，在执行根据本公开的电极轧制方法时，沿一个方向(md；机器方向)传送电极基板，并且传送速度在10m/min至1100m/min的范围内。例如，能够在停止电极基板的传送的同时执行轧制工序，但是在电极基板被传送的同时执行各步骤对于工艺效率是有利的。具体地，电极基板的传送速度在10m/min至1000m/min的范围内，在50m/min至1100m/min的范围内，在60m/min至200m/min的范围内，在60m/min至90m/min的范围内，在70m/min至90m/min的范围内，在65m/min至80m/min的范围内，或在75m/min至85m/min的范围内。根据轧制，电极基板的传送速度在不降低工艺效率同时保持产品均匀性的范围内。
[0069]
在一个示例中，电极基板是指应用为锂二次电池的阴极和/或阳极的基板。电极基板通过根据电极的形状进行冲孔的工艺被应用为阴极或阳极。
[0070]
阴极具有在阴极集电体上层叠两层结构的阴极活性材料层的结构。在一个示例中，阴极活性材料层包括阴极活性材料、导电材料、粘结剂聚合物等，并且如果需要，还可以进一步包括本领域常用的阴极添加剂。
[0071]
阴极活性材料可以是含锂氧化物，并且可以相同或不同。作为含锂氧化物，可以使用含锂过渡金属氧化物。
[0072]
例如，含锂过渡金属氧化物可以是选自由li
x
coo2(0.5＜x＜1.3)、li
x
nio2(0.5＜x＜1.3)、li
x
mno2(0.5＜x＜1.3)、li
x
mn2o4(0.5＜x＜1.3)、li
x
(niacobmnc)o2(0.5＜x＜1.3，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1，a+b+c＝1)、li
x
ni
1-y
coyo2(0.5＜x＜1.3，0＜y＜1)、li
x
co
1-y
mnyo2(0.5＜x＜1.3，0≤y＜1)、li
x
ni
1-y
mnyo2(0.5＜x＜1.3，o≤y＜1)、li
x
(niacobmnc)o4(0.5＜x＜1.3，0＜a＜2，0＜b＜2，0＜c＜2，a+b+c＝2)、li
x
mn
2-z
nizo4(0.5＜x＜1.3，0＜z＜2)、li
x
mn
2-z
cozo4(0.5＜x＜1.3，0＜z＜2)、li
x
copo4(0.5＜x＜1.3)和li
x
fepo4(0.5＜x＜1.3)或者其两种以上的混合物组成的组中的任意一种。含锂过渡金属氧化物还可以包含诸如铝(al)的金属或金属氧化物，或者可以涂覆有相应的材料。另外，除了含锂过渡金属氧化物之外，可以使用选自由硫化物、硒化物、卤化物等组成的组中的至少一种。
[0073]
阴极活性材料可以以94.0重量％至98.5重量％的量包含在阴极活性材料层中。当
阴极活性材料的含量满足上述范围时，在制造高容量电池和赋予电极材料之间足够的阴极导电性和粘附力方面是有利的。
[0074]
用于阴极的集电体是具有高导电性的金属，并且可以使用任意金属，只要其是阴极活性材料浆料可以容易地粘附到其上并且在电化学装置的电压范围内没有反应性的金属即可。阴极集电体的具体非限制性示例包括由铝、镍或其组合制成的箔。
[0075]
阴极活性材料层进一步包括导电材料。导电材料典型地以基于包括阴极活性材料的混合物的总重量的1重量％至30重量％的量加入。导电材料不受特别限制，只要其具有导电性而不会在二次电池中引起化学变化即可。例如，导电材料可以包括选自由例如天然石墨和人造石墨的石墨，例如乙炔黑、科琴黑、通道黑、炉黑、灯黑和导热黑的炭黑，例如碳纤维和金属纤维的导电纤维，例如氟化碳、铝和镍的金属粉末，例如氧化锌和钛酸钾的导电粉末，例如氧化钛的导电金属氧化物，以及聚苯醚衍生物组成的组中的至少一种。
[0076]
阳极具有在阳极集电体上层叠两层结构的阳极活性材料层的结构。在一个示例中，阳极活性材料层包含阳极活性材料、导电材料、粘结剂聚合物等，并且如果需要，可以进一步包括本领域常用的阳极添加剂。
[0077]
阳极活性材料可以包含碳材料、锂金属、硅或锡。当使用碳材料作为阳极活性材料时，既可以使用低结晶碳，也可以使用高结晶碳等。对于低结晶碳，软碳和硬碳是典型的。对于高结晶碳，选自由天然石墨、基什石墨、热解碳、中间相沥青基碳纤维、中间相碳微球、中间相沥青和石油或煤焦油沥青衍生的焦化物组成的组中的至少一种类型的高温煅烧碳是典型的。
[0078]
用于阳极的集电体的非限制性示例包括由铜、金、镍或铜合金或其组合制成的箔。另外，可以通过层叠由上述材料制成的基板来使用集电体。
[0079]
此外，阳极可以包含本领域常用的导电材料和粘结剂。
[0080]
在下文中，将参考附图和示例更详细地描述本公开。尽管本公开可以具有各种形式并且可以对其进行各种修改，但是将详细举例说明和解释具体示例。然而，并不旨在将本公开限制为所公开的形式，并且应当理解，在本公开的构思和技术范围内的所有修改、等同或替代都包括在本公开中。
[0081]
(第一实施例)
[0082]
图2和图3是分别示出根据本公开的实施例的电极轧制工序的剖视图和平面图。图2示出了剖视图，图3示出了平面图。
[0083]
参照图2，对包括集电体层和形成在集电体层的两个表面上的电极混合物层的电极基板110进行轧制。具体地，在通过包括轧制电极基板110的轧辊121和122的电极轧制单元之后，由非涂覆部压制单元压制电极基板110的非涂覆部111区域以形成图案。
[0084]
电极轧制单元包括从两个表面压制电极基板110的前表面或涂覆部的一对轧辊121和122。该对轧辊121和122在3.0ton/cm的线性压力下轧制电极基板的同时压制电极基板110的涂覆部，从而增加密度。
[0085]
电极基板110可以在如上所述的电极轧制工序中以80m/min的速度传送。
[0086]
电极基板110在通过电极轧制单元之后在非涂覆部压制单元中执行非涂覆部轧制工序。
[0087]
非涂覆部压制单元包括从两个表面压制电极基板110的非涂覆部111的一对非涂
覆部轧辊131和132。在该对非涂覆部轧辊131和132中，位于上部的第一非涂覆部轧辊131具有形成有不平坦图案的结构，位于下部的第二非涂覆部轧辊132具有在表面上未形成不平坦图案的结构。位于上部的第一非涂覆部轧辊131向电极基板110的非涂覆部111赋予不平坦图案，位于下部的第二非涂覆部轧辊132起到支撑电极基板110的非涂覆部111的作用。例如，位于上部的第一非涂覆部轧辊131由高强度工程塑料形成，位于下部的非涂覆部轧辊132由具有相对低硬度的塑料或橡胶材料形成。
[0088]
第一非涂覆部轧辊131优选具有比第二非涂覆部轧辊132更高的硬度。具体地，第一非涂覆部轧辊131由具有约100以上的hb硬度的材料形成，并且第二非涂覆部轧辊132可以由具有约70以下的hb硬度的材料形成。例如，如下表1所示，当第一非涂覆部轧辊131和第二非涂覆部轧辊132由具有上述条件的范围内的第一非涂覆部轧辊131和第二非涂覆部轧辊132的硬度的材料形成时，利用根据本实施例的非涂覆部压制单元轧制非涂覆部，从而可以实现将非涂覆部的膨胀和非涂覆部的升起控制在一定水平以下的效果。在比较例1和2的情况下，确认了非涂覆部折叠和起皱，导致电极失效。
[0089]
[表1]
[0090][0091]
sus：不锈钢
[0092]
参照上述表1，当第二非涂覆部轧辊的硬度大于第一非涂覆部轧辊的硬度(比较例1)时，第一非涂覆部轧辊压制非涂覆部并且提高非涂覆部的拉伸率的效果小，从而难以防止在非涂覆部中发生折叠和褶皱。此外，即使当第一非涂覆部轧辊和第二非涂覆部轧辊的硬度相同(比较例2)时，也发生金属箔的损伤，例如电极基板的撕裂，或由非涂覆部压制单元轧制非涂覆部的效果小，这使得难以防止在非涂覆部中发生折叠和褶皱。
[0093]
根据本实施例的形成在第一非涂覆部轧辊131上的不平坦图案可以具有约36至150个锯齿。可以测量在具有圆周的非涂覆部轧辊中彼此相邻的锯齿之间的间隔和彼此相邻的锯齿之间的角度，以标识不平坦图案的分布密度。对此，如下表2所示，如果在第一非涂覆部轧辊131上形成的锯齿数少于36，则难以获得通过实际轧制具有非涂覆部区域的非涂覆部减少电极膨胀的效果，并且如果锯齿数超过150，则在辊的加速/减速过程中可能发生非涂覆部折叠现象。即使在使用不具有锯齿现象的平坦的非涂覆部轧辊的情况下，在加速/减速期间也可能发生非涂覆部折叠现象。
[0094]
电极膨胀可以指电极表面在轧制后呈波浪状的现象。
[0095]
[表2]
[0096][0097]
参照图3，电极基板110包括集电体层和形成在集电体层两个表面上的电极混合物层，电极混合物层涂覆到集电体层上的区域为涂覆部112，电极混合物层未涂覆到集电体层上的区域为非涂覆部111。
[0098]
非涂覆部压制单元包括分别压制电极基板110的非涂覆部111的两侧的一对非涂覆部轧辊131和132。当从上方观察时，上部非涂覆部轧辊131(a)和131(b)分别位于电极基板110的两个侧表面上的非涂覆部111上。通过上部非涂覆部轧辊131(a)和131(b)在电极基板110的非涂覆部111上形成的不平坦图案具有在与md方向垂直的方向上取向的结构。
[0099]
(比较例)
[0100]
图4和图5是分别示出根据本公开的比较例的电极轧制工序的剖视图和平面图。图4示出了剖视图，图5示出了平面图。
[0101]
参照图4，对包括集电体层和形成在集电体层的两个表面上的电极混合物层的电极基板30进行轧制。具体地，在通过由非涂覆部压制单元压制电极基板30的非涂覆部31区域以形成图案的非涂覆部压制单元之后，由电极轧制单元轧制电极基板。
[0102]
非涂覆部压制单元包括从两个表面压制电极基板30的非涂覆部31的一对非涂覆部轧辊51和52。在一对非涂覆部轧辊51和52中，位于上部的第一非涂覆部轧辊51具有形成有不平坦图案的结构，位于下部的第二非涂覆部轧辊52具有在表面上未形成不平坦图案的结构。位于上部的第一非涂覆部轧辊51向电极基板30的非涂覆部31赋予不平坦图案，位于下部的第二非涂覆部轧辊52起到支撑电极基板30的非涂覆部31的作用。
[0103]
由电极轧制单元轧制已通过非涂覆部压制单元的电极基板30。电极轧制单元包括从两个表面压制电极基板30的前表面或涂覆部的一对轧辊41和42。该对轧辊41和42在3.0ton/cm的线性压力的条件下轧制电极基板的同时压制电极基板30的前表面，使得涂覆部中形成的电极混合物层的密度增加。
[0104]
电极基板30在如上所述的电极轧制工序中以80m/min的速度传送。
[0105]
图6是示出在电极基板上沿轧制进行的方向测量拉伸率的位置的图。图7是示出在图6所示的位置测量拉伸率的结果的曲线图。
[0106]
在图6和图7中，在由电极轧制单元对涂覆部进行轧制和由非涂覆部压制单元对非涂覆部进行轧制两者完成之后测量拉伸率。此时，拉伸率是由[(整个轧制后的长度(d2)-轧制前的长度(d1))/轧制前的长度(d1)]测定的值。因此，示出了轧制过程完成后延伸的长度
与轧制前的长度之比。此时，基于电极基板在前进方向上的长度来测定拉伸率。
[0107]
在图7中，比较例是如上所述由非涂覆部压制单元压制非涂覆部区域以形成图案，然后由电极轧制单元轧制电极基板的情况。第一实施例是如上所述对电极基板进行轧制，然后由非涂覆部压制单元压制电极基板的非涂覆部以形成图案的情况。参考例是由电极轧制部轧制电极基板，而不执行由非涂覆部压制单元轧制非涂覆部的情况。
[0108]
可以确认，与参考例和比较例相比，在第一实施例的情况下，非涂覆部中的拉伸率等于涂覆部中的拉伸率。由于在由非涂覆部压制单元进行非涂覆部轧制之前由电极轧制单元轧制电极基板，涂覆部的拉伸率与非涂覆部的拉伸程度之差较大。由于拉伸程度之差，驱动张力可能集中在拉伸程度低的非涂覆部中。另外，由于非涂覆部的宽度比涂覆部的宽度窄得多(在约10％以内)，从而当由非涂覆部压制单元压制驱动张力集中的非涂覆部时，显著表现出提高拉伸率的效果。即，施加到非涂覆部的驱动张力越高，非涂覆部压制单元的拉伸率的增加越大。另一方面，在比较例的情况下，可以确认，由于由非涂覆部压制单元轧制非涂覆部发生在由电极轧制单元轧制电极基板之前，涂覆部与非涂覆部之间的拉伸程度之差不大，由此由于驱动张力的集中而提高拉伸率的效果是微不足道的，与参考例几乎没有差异。
[0109]
(第二实施例)
[0110]
图8是示出根据本公开的另一个实施例的电极轧制工序的平面图。参照图8，电极基板210包括集电体层和形成在集电体层的两个表面上的电极混合物层，其中电极混合物层涂覆到集电体层上的区域是涂覆部212，电极混合物层未涂覆到集电体层上的区域是非涂覆部211。
[0111]
在电极基板210中，非涂覆部211在非涂覆部感应加热单元241和242中被加热。非涂覆部211在非涂覆部感应加热单元241和242中的加热温度约为75℃。
[0112]
由电极轧制单元轧制已通过非涂覆部感应加热单元241和242的电极基板210。电极轧制单元包括从两个表面压制电极基板210的前表面或涂覆部的一对轧辊221。该对轧辊221在3.0ton/cm的线性压力下轧制电极基板的同时压制电极基板210的整个表面，使得涂覆部中形成的电极混合物层的密度增加。
[0113]
电极基板210在如上所述的电极轧制工序中以80m/min的速度传送。
[0114]
由非涂覆部压制单元轧制已通过电极轧制单元的电极基板210。非涂覆部压制单元包括分别压制电极基板210的非涂覆部111的两侧的上部非涂覆部轧辊231(a)和231(b)。当从上方观察时，非涂覆部轧辊231(a)和231(b)分别位于电极基板210的两个侧表面的非涂覆部211上。通过压制非涂覆部轧辊231(a)和231(b)形成在电极基板210的非涂覆部211上形成的不平坦图案，并且形成的不平坦图案具有在垂直于md方向的方向上取向的形状。
[0115]
参照图3，将描述根据本公开的实施例的电极轧制工序。
[0116]
参照图3，供应具有在铝箔上形成的电极混合物层的电极基板，并将所供应的电极基板通过电极轧制单元。将已通过电极轧制单元的电极基板通过非涂覆部轧制单元。非涂覆部轧制单元由下部非涂覆部轧辊支撑电极基板，并且由位于电极基板的非涂覆部上的上部非涂覆部轧辊形成不平坦图案。上部非涂覆部轧辊具有形成有表面不平坦度的形状，在电极基板的非涂覆部上形成与上部非涂覆部轧辊的表面不平坦度对应的不平坦图案。
[0117]
电极基板包括在铝箔上形成电极混合物层的涂覆部和未形成电极混合物层的非
涂覆部，并且在涂覆部与非涂覆部之间形成绝缘涂层300。此时，绝缘涂层能够覆盖涂覆部与非涂覆部之间的边界线。如图3所示，绝缘涂层覆盖非涂覆部的部分区域，并且当由非涂覆部压制单元压制电极基板的非涂覆部时，绝缘涂层也可以被压制。
[0118]
使用用于其上形成表面不平坦度的非涂覆部的轧辊轧制电极基板的非涂覆部。在电极基板的非涂覆部上形成与非涂覆部中的轧辊的表面不平坦度对应的不平坦图案。
[0119]
(第三实施例)
[0120]
图9是示出根据本公开的另一个实施例的电极轧制工序的剖视图。参照图9，对包括集电体层和形成在集电体层的两个表面上的电极混合物层的电极基板310进行轧制。具体地，在通过包括用于轧制电极基板310的轧辊321和322的电极轧制单元之后，电极基板310的非涂覆部311区域被非涂覆部压制单元压制以形成图案。
[0121]
非涂覆部压制单元包括从两个表面压制电极基板310的非涂覆部311的一对非涂覆部轧辊331和332。该对非涂覆部轧辊131和132具有在表面上形成不平坦图案的结构。
[0122]
电极轧制单元包括从两个表面压制电极基板310的前表面或涂覆部的一对轧辊321和322。该对轧辊321和322通过在3.0ton/cm的线性压力下轧制电极基板的同时压制电极基板310的涂覆部来增加密度。
[0123]
电极基板310在如上所述的电极轧制工序中以70m/min的速度传送。
[0124]
电极基板110由电极轧制单元在非涂覆部压制单元中执行非涂覆部轧制工序。
[0125]
上面已经参考附图、实施例等更详细地描述了本公开。在此描述的配置和在实施例、附图等中示出的配置仅是本公开的一个实施例，并不代表本公开的全部精神，因此应理解，可以有能够替代在提交本技术时的实施例和配置的各种等效和修改，并且本实用新型的范围不限于所描述的实施例。
[0126]
[附图标记说明]
[0127]
10、110、210、310：电极基板
[0128]
21、22、121、122、221、222、321、322：轧辊
[0129]
11、111、211、311：非涂覆部
[0130]
212：涂覆部
[0131]
131、131(a)、131(b)、132、231(a)、232(b)、331、332：非涂覆部轧辊
[0132]
141、142、241、242：非涂覆部感应加热单元。

技术特征：
1.一种电极轧制装置，其特征在于，所述电极轧制装置轧制包括集电体层和形成在所述集电体层的一个表面或两个表面上的电极混合物层的电极基板，其中，所述电极轧制装置包括：压制所述电极基板的非涂覆部区域以形成图案的非涂覆部压制单元，以及轧制所述电极基板的电极轧制单元，并且其中，所述非涂覆部压制单元沿所述电极基板的前进方向布置在所述电极轧制单元后方。2.根据权利要求1所述的电极轧制装置，其特征在于，所述非涂覆部压制单元包括压制所述电极基板的所述非涂覆部区域的一对非涂覆部轧辊，并且所述一对非涂覆部轧辊中的至少一个具有形成有表面不平坦度的结构。3.根据权利要求1所述的电极轧制装置，其特征在于，所述非涂覆部压制单元包括压制所述电极基板的所述非涂覆部区域的一对非涂覆部轧辊，并且所述一对非涂覆部轧辊具有彼此不同的硬度。4.根据权利要求3所述的电极轧制装置，其特征在于，所述一对非涂覆部轧辊包括：具有形成有表面不平坦度的结构的第一非涂覆部轧辊，以及具有在表面上未形成表面不平坦度的结构的第二非涂覆部轧辊。5.根据权利要求4所述的电极轧制装置，其特征在于，所述第一非涂覆部轧辊具有比所述第二非涂覆部轧辊更高的硬度。6.根据权利要求5所述的电极轧制装置，其特征在于，所述第一非涂覆部轧辊位于所述非涂覆部区域的上部，并且所述第二非涂覆部轧辊位于所述非涂覆部区域的下部。7.根据权利要求1所述的电极轧制装置，其特征在于，还包括感应加热所述电极基板的所述非涂覆部区域的非涂覆部感应加热单元。8.根据权利要求7所述的电极轧制装置，其特征在于，所述非涂覆部感应加热单元相对于所述电极基板的涂覆部与所述非涂覆部区域之间的边界线感应加热所述涂覆部的部分区域和非涂覆部的全部区域。9.根据权利要求1所述的电极轧制装置，其特征在于，在所述电极基板的涂覆部与非涂覆部之间的边界线上形成绝缘涂层，并且所述非涂覆部压制单元一起压制所述非涂覆部区域和所述绝缘涂层。10.根据权利要求1所述的电极轧制装置，其特征在于，所述电极轧制单元包括压制包括所述电极基板的涂覆部的区域的一对轧辊。11.根据权利要求1所述的电极轧制装置，其特征在于，还包括加热并干燥所述电极基板的干燥单元，其中，所述干燥单元具有位于所述电极轧制单元下游或者与所述电极轧制单元位于同一行以包括所述电极轧制单元的结构。

技术总结
本公开涉及一种电极轧制装置，电极轧制装置包括轧制电极基板的非涂覆部的非涂覆部压制单元，本公开能够防止在轧制电极基板的过程中在非涂覆部区域发生膨胀，并提高制造工艺的效率。效率。效率。


技术研发人员：李姃恩 金焕汉 崔宰赫 崔相勋 薛晶水 金东燦 全秀镐
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：2022.05.12
技术公布日：2023/9/16