二次电池电极片压延装置、利用其制造的正极电极及二次电池的制作方法

1.本发明涉及二次电池电极片压延装置、利用其制造的正极电极及二次电池。


背景技术：

2.最近，随着移动电子设备的快速小型化及轻量化，作为它们的能量源的二次电池的需求也在急剧增加。
3.二次电池是指化学能与电能之间的相互转换可逆地进行而能够反复进行充电及放电的电池。
4.二次电池的制造工序大致分为制造电极的电极工序、制造电池的组装工序、向电池赋予电气特性的化成工序。
5.其中，电极工序是二次电池制造工序中最为核心的工序，分为混合工序、涂布工序、压延工序、切割工序、干燥工序等。
6.根据电极工序，在混合工序制备的活性物质(以下，合剂层)在涂布工序涂布在集流体的两面后，通过压延工序紧贴在集流体的两面。
7.即，两面涂布有合剂层的集流体(以下，电极片)在压延工序通过一对压延辊的过程中被压缩从而提高集流体与浆料之间的粘着力，并且电极片的厚度变薄而提高能量密度。
8.另外，经过压延工序的电极片在无长度变化的情况下仅厚度变薄，因此通过压延工序决定电极的合剂密度(g/cc)。
9.尤其，负极电极由于碳系列(例如：石墨)活性物质的结晶结构特性不能过度增加施加于电极片的压力强度，因此通过压延工序增加合剂密度是有限的，但正极电极不存在这种限制，因此正极电极的压延工序与二次电池的能量密度直接相关。
10.另外，现有压延工序使用了大直径的压延辊，以提高压延性能。但是施加于电极片的力相同的情况下，压延辊的直径越大，与电极片接触的面积增加，施加于电极片的压力变小，因此将电极片压延至高密度方面具有瓶颈。


技术实现要素：

11.技术问题
12.本发明的目的为提供能够制造能量密度提升的二次电池的二次电池电极片压延装置。
13.并且，本发明的目的为提供能量密度提升的正极电极及包括其的二次电池。
14.技术方案
15.根据本发明的一个实施例的二次电池电极片压延装置包括：向第一方向移送至少一面涂布有电极合剂层的电极片的移送部；在与所述第一方向交叉的第二方向加压所述电极片的压延辊；及结合于所述压延辊的旋转轴以支撑所述压延辊的旋转的支撑部，所述压
延辊可具有轴方向的中央部比轴方向的两端部朝向所述电极片凸出的形状。
16.根据本发明的另一实施例的二次电池电极片压延装置包括：向第一方向移送至少一面涂布有电极合剂层的电极片的移送部；在与所述第一方向交叉的第二方向加压所述电极片的压延辊；及结合于所述压延辊的旋转轴以支撑所述压延辊的旋转的支撑部，所述压延辊可包括轴方向的中央部朝向所述电极片凸出的曲面。
17.技术效果
18.根据本发明的一个实施例的二次电池电极片压延装置在压延时增加施加于电极片的压力，因此能够制造能量密度提升的二次电池，能够改善二次电池性能。
附图说明
19.图1是根据本发明的一个实施例的压延装置的侧面简要图；
20.图2是图1的ⅰ区域的正面简要图；
21.图3是现有及根据本发明的一个实施例的压延辊形状的概念图；
22.图4是根据本发明的一个实施例的压延辊的加工部位的示意图；
23.图5是示出图3的压延辊压延电极片时的剖面的概念图；
24.图6是比较示出根据压延辊直径的压延长度的概念图；
25.图7是根据本发明的一个实施例的第一支撑部的一剖面图；
26.图8是根据本发明的一个实施例的第一支撑部的另一剖面图。
27.附图标记说明
28.10：电极片
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11：集流体
29.12：电极合剂层
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100：压延装置
30.101：开卷机
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102：复卷机
31.110：第一支撑部
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111：第一外壳
32.112：第一轴承
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113：冷媒流道
33.120：第二支撑部
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121：第二外壳
34.122：第二轴承
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130：压延辊
35.130a：中央部
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130b：两端部
36.131：第一压延辊
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132：第二压延辊
37.140：旋转轴
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141：第一旋转轴
38.142：第二旋转轴
具体实施方式
39.在详细说明本发明之前，以下说明的本说明书及权利要求范围中所使用的术语或词语不应解释为限于一般词典的含义，应该立足于发明者为了以最优的方式说明其自身的发明而可适当定义术语的原则，解释为符合本发明的技术思想的含义和概念。因此，本说明书中所记载的实施例和附图所示构成仅仅是本发明的最优选的实施例，而并非全部表征本发明的技术思想，应理解在本技术时间点存在能够代替这些的多种均等物和变形例。
40.以下，参见附图详细说明本发明的优选实施例。在此，应注意附图中相同构成要素尽可能用相同的符号表示。并且，以下省略能够混淆本发明的主旨的关于公知的功能及构
成的详细说明，由于同样的理由，附图中部分构成要素扩张或省略示出，各个构成要素的大小并非全面反映实际大小。
41.并且，本发明中上侧(上部)、下侧(下部)、侧面等表述是以附图为基准进行的说明，事先声明该对象的方向变更的情况下可不同地表述。
42.图1是根据本发明的一个实施例的压延装置的侧面简要图，图2是图1的ⅰ区域的正面简要图。
43.根据本发明的一个实施例的二次电池电极片压延装置(以下，压延装置)100可以是在二次电池制造工序中的压延工序，将电极片压延至预定厚度的装置。优选地，根据本发明的一个实施例的压延装置100可用于正极电极的制造。
44.参见图1，压延装置100可包括开卷机(unwinder)101及复卷机(rewinder)102。开卷机101及复卷机102可沿着电极片10的移送方向(以下，第一方向)a依次配置。
45.另外，图中虽未示出，但开卷机101和复卷机102之间还可以配置辅助电极片10的移送的一个以上辅助辊。
46.开卷机101及复卷机102可在彼此同步的状态下向相同的方向旋转。例如，开卷机101及复卷机102可以在彼此同步的状态下向第一方向a旋转。开卷机101及复卷机102还可以被称为移送部。
47.开卷机101上可以卷绕电极片10，开卷机101在旋转的过程中可向第一方向a供应电极片10。复卷机102能够卷绕电极片10。具体地，复卷机102能够卷绕通过后述压延辊130压延的电极片10。
48.参见图1，以第一方向a为基准，开卷机101和复卷机102之间可以配置压延电极片10的压延辊130。
49.可具有一对压延辊130。压延辊130可以包括配置在电极片10的一侧加压电极片10的一面的第一压延辊131及配置在电极片10的另一侧加压电极片10的另一面的第二压延辊132。
50.以图为基准，第一压延辊131配置在电极片10的上侧加压电极片10的上面，第二压延辊132可配置在电极片10的下侧加压电极片10的下面。
51.电极片10供应至第一压延辊131及第二压延辊132之间，可在通过一对压延辊130的过程中被压延。压延辊130可在与电极片10被移送的第一方向a交叉的第二方向b加压电极片10。压延辊130加压电极片10的第二方向b可以是与第一方向a垂直的方向。
52.参见图2，供应至一对压延辊130之间的电极片10可以是在集流体11涂布电极合剂层12的形态。电极合剂层12可以是包含电极活性物质、导电剂及粘合剂的层。电极合剂层12可在通过一对压延辊130的过程中压附在集流体11。
53.另外，图中示出集流体11的两面涂布有电极合剂层12，但电极合剂层12可涂布在集流体11的至少一面。例如，配置在电极组件的最外侧的电极片10可以是电极合剂层12涂布在一面的形态。
54.通过压延辊130之前的电极片10和通过压延辊130的电极片10可具有不同厚度。具体地，通过压延辊130的电极片10的厚度可比通过压延辊130之前的电极片10的厚度薄。在此，由于保持原有的电极片10的长度，因此电极片10可在通过压延辊130的过程中提升合剂密度及能量密度。
55.压延辊130可以由表面强度大的5％ cr钢(steel)材质形成。由于5％ cr钢材质的热处理深度大，因此能够预防压延辊130的局部变形。
56.压延辊130可通过结合于具有向电极片10的宽度方向的长度的旋转轴140进行旋转。例如，第一压延辊131结合于第一旋转轴141进行旋转，第二压延辊132可以结合于第二旋转轴142进行旋转。
57.另外，上面为了便于说明，将压延辊130和旋转轴140描述为像独立的构成，但压延辊130和旋转轴140可以是一体形成的构成。即，旋转轴140可以是压延辊130的一部分。
58.旋转轴140上可结合用于支撑压延辊130的旋转的支撑部110、120。支撑部110、120结合在旋转轴140支撑压延辊130的荷重的同时能够帮助压延辊130顺畅地旋转。
59.参见图2，压延辊130结合于旋转轴140的长度方向的中央部，压延辊130的外侧结合有第一支撑部110，第一支撑部110的外侧可以结合有第二支撑部120。并且，第一支撑部110及第二支撑部120可配置于压延辊130的两侧。
60.第一支撑部110可以包括第一外壳111及第一轴承112。
61.第一外壳111可包括向旋转轴140的长度方向形成的中空，中空中可以配置旋转轴140。
62.并且，第一外壳111中可收容第一轴承112。具体地，第一轴承112可沿着中空周围配置。因此，旋转轴140可在结合于第一外壳111的状态下与第一轴承112接触。
63.根据本发明，第一轴承112可被向压延辊130加压电极片10的方向加压。例如，图中虽未具体示出，但第一轴承112可通过连杆连接于正压汽缸，可通过连杆的伸长向压延辊130加压电极片10的方向被加压。
64.同样，第二支撑部120也可以包括第二外壳121及第二轴承122。第二外壳121可包括向旋转轴140的长度方向形成的中空，中空中可配置旋转轴140。
65.并且，第二外壳121可以收容第二轴承122。具体地，第二轴承122可沿着中空周围配置。因此，旋转轴140可在结合于第二外壳121的状态下与第二轴承122接触。
66.根据本发明，第二轴承122可向与压延辊130加压电极片10方向相反的方向被加压。例如，图中虽未具体示出，但第二轴承122可通过连杆连接于逆压汽缸，可通过连杆的伸长向与压延辊130加压电极片10的方向相反的方向被加压。
67.具体地，第一轴承112为了通过向电极片10施加用于压延的压缩力以确保工艺性能，以推动电极片10的形态向中央方向被加压，第二轴承122为了缓解压延电极片10时发生的压延辊130的弯曲，同时不对电极片10进行压延时彼此相隔上下配置的第一压延辊131及第二压延辊132，能够向相反方向被加压。
68.另外，根据本发明的一个实施例的压延装置100提出用于将电极片10压延成高密度的新的结构的压延辊130。
69.以下，参见图3至图6，具体说明根据本发明的一个实施例的压延辊130。
70.图3是现有及根据本发明的一个实施例的压延辊形状的概念图，图4是根据本发明的一个实施例的压延辊的加工部位的示意图。
71.参见图3中(a)，现有压延辊30中加压电极片10的部分(压延辊的中央部)形成为平坦的形态(平面辊)。与此相反，参见图3中(b)，根据本发明的一个实施例的压延辊130可形成为加压电极片10的部分(以下，压延辊的中央部)朝向电极片10凸出(中高辊)。
72.压延辊130可具有旋转轴140方向(以下，轴方向)的中央部130a比轴方向的两端部130b朝向电极片10凸出的形状。进一步地，压延辊130可形成为轴方向的中央部130a朝向电极片10凸出的曲面形态。
73.压延辊130可形成为向轴方向比电极片10长，因此在轴方向上，压延辊130的一部分可不与通过压延辊130的电极片10接触。具体地，假设压延辊130和电极片10的轴方向的中心一致的情况下，压延辊130的两端部130b可不与电极片10接触。
74.即，如上所述的压延辊130的两端部130b可表示不与通过压延辊130的电极片10接触的部分。并且，压延辊130的中央部130a可表示与通过压延辊130的电极片10接触的部分，还可以包括不与电极片10接触的部分的一部分。中央部130a可以是除压延辊130的两端部130b的部分。
75.根据本发明的一个实施例的压延辊130可通过倒角加工两端部130b而制造。如图4所示，可以以预定宽度(轴方向长度)及深度加工压延辊的两端部130b。例如，压延辊的两端部130b可加工成在20mm至30mm宽度范围内最大加工深度d达到3mm以内。
76.进一步地，根据本发明的一个实施例的压延辊130可包括多次(2次、3次、4次)函数形态的曲面，使得加压电极片10时，压延辊130发生弯曲以在平面形态能够均匀压延电极片10。例如，由此压延辊130的中央部130a能够形成为曲面。
77.另外，通过前述倒角加工，压延辊130的两端部130b可具有从中央部130a向轴方向越远更加深入凹陷的形状。因此，第一压延辊131与第二压延辊132之间的间隔可从轴方向的中央部130a趋向两端部130b逐渐增加，通过这种结构，能够解除图5中(a)所示现有的压延时的侧吻(side kiss)现象。
78.图5是示出图3的压延辊压延电极片时的剖面的概念图。
79.参见图5中(a)，如目前的向轴方向平坦的形态的压延辊30在向第一压延辊31及第二压延辊32之间供应电极片10时压延辊30的中央部向上下张开，因此在轴方向上电极片10的中央部和其周边部(以下，电极片10的边缘)受到不同大小的压力。即，电极片10的中央部受到相对小的压力，以及电极片10的边缘受到相对大的压力，从而具有作用于电极片10的边缘的拉伸值超过允许值引起电极片10破裂的问题。
80.尤其，欲将电极片10压延至高密度的情况下，这种现象变得严重，从而发生第一压延辊31及第二压延辊32的两端部相互抵接的侧吻现象。发生侧吻现象的情况下，向压延辊31、32之间施加荷重时，相对地施加于电极片10的压力减小，因此阻碍电极片10的高密度压延。并且，施加于电极片10的中央部和边缘之间的压力差异导致的厚度差异引发电芯组装不良，因此设置高目标压延密度方面具有瓶颈。
81.参见图5中(b)，根据本发明的一个实施例的压延辊130具有轴方向的中央部130a比轴方向的两端部130b朝向电极片10凸出的形状，因此即使向第一压延辊131及第二压延辊132之间供应电极片10时压延辊130的中央部130a向上下张开，压延辊130的两端部130b也不会相互抵接。
82.根据本发明的一个实施例，在向压延辊130之间供应电极片10时，随着压延辊130的凸出的中央部130a向上下张开而与压延辊130的两端部130b的高度接近，从而向轴方向加压电极片10的第一两端部131的一面和第二两端部132的一面能够大致平行。
83.因此，根据本发明的一个实施例的压延辊130可与电极片10的位置无关地向轴方
向以一定的压力加压电极片10，从而能够将电极片10压延成一定的厚度。并且，压延辊130的荷重仅施加于电极片10，因此能够制造更高密度的电极片10。
84.并且，根据本发明的一个实施例，压延辊130可形成为具有450mm至550mm范围的直径。优选地，压延辊130可形成为具有500mm的直径。
85.图6是比较示出根据压延辊直径的压延长度的概念图。
86.目前，如图6中(a)使用约750mm直径的压延辊30压延了电极片10，但本发明如图6中(b)可以使用约500mm直径的压延辊130。如此，使用直径缩小的压延辊130的情况下，施加于电极片10的压力增加，从而能够改善合剂密度。
87.具体地，假设配置在电极片10的上侧的第一压延辊131和配置在电极片10的下侧的第二压延辊132之间的间隔相同时，向电极片10施加相同水平的力的情况下，压延辊130的直径越小，压延辊130和电极片10之间的接触面积减小，因此施加于电极片10的压力能够增加。因此能够将电极片10压延成更高密度。
88.与此相关地，参见图6，利用500mm直径的压延辊130进行压延时的压延长度l2比利用750mm直径的压延辊30进行压延时的压延长度l1短，这表示接触面积即将缩小。
89.另外，压延辊130的直径缩小时能够将电极片10压延成高密度，但旋转轴140的直径也会同时缩小，因此施加相同荷重的情况下，相比于现有的压延辊30具有结构刚性脆弱的问题。
90.对此，根据本发明的一个实施例，可采用用于完善压延辊130的结构刚性特性的第一轴承112结构。
91.图7是根据本发明的一个实施例的第一支撑部的一剖面图。
92.参见图7，第一轴承112可设为4列辊轴承。根据本发明的一个实施例，第一轴承112从现有的2列设为4列，从而增加与旋转轴140的接触面积，能够安全地支撑旋转轴140及压延辊130的旋转。
93.并且，压延辊130在压延电极片10的过程中，由于与压延辊130一起旋转的旋转轴140和第一支撑部110或第二支撑部120之间的摩擦等可能发生热，发生的热能够传递至压延辊130。
94.对此，根据本发明的一个实施例，第一外壳111可包括供应冷媒的冷媒流道113。例如，冷媒流道113中可供应冷水，第一支撑部110可通过供应至第一外壳111的冷水被冷却。
95.图8是根据本发明的一个实施例的第一支撑部的另一剖面图。
96.参见图8，第一外壳111可包括冷媒流道113，冷媒流道113可形成为包围第一轴承112。具体地，冷媒流道113可形成为包围第一轴承112的外侧，为了高效的冷却，可设成在第一轴承112的外侧与第一轴承112尽可能邻接。
97.如此，第一外壳111通过在第一轴承112的外侧包括冷媒流道113，能够提高对第一轴承112及旋转轴140的冷却效果。
98.并且，通过冷媒的供应能够最小化第一支撑部110的发热现象及在第二支撑部120及第一支撑部110发生的热传递至压延辊130。
99.另外，由于第一支撑部110及第二支撑部120的发热现象，与第一支撑部110及第二支撑部120邻接的压延辊130的两端部130b与中央部130a之间存在热膨胀量差异。
100.根据本发明的一个实施例，可通过对第一支撑部110的冷却效果减少压延辊130的
两端部130b与中央部130a之间的热膨胀量差异。
101.综上所述，根据本发明的一个实施例的压延装置100能够将电极片10压延成高密度，从而具有能够制造能量密度提升的二次电池的效果。
102.并且，压延时一对压延辊130的两端部130b不抵接，因此与电极片10的位置无关地能够进行均匀的压延且减少电极片10的破裂频率，还能够延长压延辊130的使用时间，从而能够节省运营费用。
103.以上以根据本发明的实施例为基准说明了本发明的构成和特征，但本发明不限于此。并且，本发明所属技术领域的技术人员清楚在本发明的思想和范围内能够对本发明进行多种变更或变形，因此这种变更或变形应解释为属于本发明的权利要求范围内。

技术特征：
1.一种二次电池电极片压延装置，包括：移送部，向第一方向移送至少一面涂布有电极合剂层的电极片；压延辊，在与所述第一方向交叉的第二方向加压所述电极片；以及支撑部，结合于所述压延辊的旋转轴以支撑所述压延辊的旋转，所述压延辊具有轴方向的中央部比轴方向的两端部朝向所述电极片凸出的形状。2.根据权利要求1所述的二次电池电极片压延装置，其中：所述压延辊在轴方向最凸出的部分与最凹陷的部分的高度差为3mm以内。3.根据权利要求2所述的二次电池电极片压延装置，其中：所述压延辊的轴方向的两端部具有从轴方向的中央部越远凹陷更深的形状。4.根据权利要求1所述的二次电池电极片压延装置，其中，所述压延辊包括：第一压延辊，加压电极片的一面；以及第二压延辊，加压所述电极片的另一面，所述第一压延辊及所述第二压延辊之间的间隔从轴方向的中央部趋向轴方向的两端部增加。5.根据权利要求4所述的二次电池电极片压延装置，其中：所述第一压延辊及所述第二压延辊加压所述电极片时，所述第一压延辊及所述第二压延辊的两端部彼此不接触。6.根据权利要求1所述的二次电池电极片压延装置，其中：所述压延辊形成为具有450mm至550mm范围的直径。7.根据权利要求1所述的二次电池电极片压延装置，其中，所述支撑部包括：第一支撑部，包括向所述旋转轴的长度方向配置在所述压延辊的外侧，并被向所述压延辊加压所述电极片的方向加压的第一轴承及收容所述第一轴承的第一外壳；以及第二支撑部，包括向所述旋转轴的长度方向配置在所述第一支撑部的外侧，并被向与加压所述第一轴承的方向相反的方向加压的第二轴承及收容所述第二轴承的第二外壳。8.根据权利要求7所述的二次电池电极片压延装置，其中：所述第一轴承包括4列辊轴承。9.根据权利要求7所述的二次电池电极片压延装置，其中：所述第一外壳包括供应冷媒的冷媒流道。10.根据权利要求9所述的二次电池电极片压延装置，其中：所述冷媒流道设成包围所述第一轴承的外侧。11.一种二次电池电极片压延装置，包括：移送部，向第一方向移送至少一面涂布有电极合剂层的电极片；压延辊，在与所述第一方向交叉的第二方向加压所述电极片；以及支撑部，结合于所述压延辊的旋转轴以支撑所述压延辊的旋转，所述压延辊包括轴方向的中央部朝向所述电极片凸出的曲面。12.一种正极电极，其通过权利要求1-11中任一项所述的压延装置制造，合剂密度为3.60(g/cc)以上且在3.80(g/cc)以下。13.一种二次电池，包括：权利要求12所述的正极电极；以及
负极电极。

技术总结
本发明公开电极片压延装置、利用其制造的正极电极及二次电池。根据本发明的一个实施例的二次电池电极片压延装置包括向第一方向移送至少一面涂布有电极合剂层的电极片的移送部；在与所述第一方向交叉的第二方向加压所述电极片的压延辊；及结合于所述压延辊的旋转轴以支撑所述压延辊的旋转的支撑部，所述压延辊可具有轴方向的中央部比轴方向的两端部朝向所述电极片凸出的形状。根据本发明的一个实施例的二次电池电极片压延装置在压延时增加施加于电极片的压力，因此能够制造能量密度提升的二次电池，能够改善二次电池性能。能够改善二次电池性能。能够改善二次电池性能。


技术研发人员：金润钟 朴世勋 金准燮 李永喆 崔惺烈
受保护的技术使用者：人科机械设备有限公司
技术研发日：2023.03.17
技术公布日：2023/9/26