用于制備電極組件的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于制備電極組件的裝置，其包括含帶電單元和轉(zhuǎn)印單元的印刷單元，所述帶電單元使聚合物顆粒帶電以獲得帶電的聚合物顆粒，所述轉(zhuǎn)印單元將帶電的聚合物顆粒轉(zhuǎn)印在電化學(xué)器件的基底的至少一個(gè)表面，由此形成涂布有黏合層的用于電化學(xué)器件的基底，所述用于電化學(xué)器件的基底為陰極、陽極和隔膜中的至少一個(gè)；以及層壓單元，其通過施加熱和壓力形成包括陰極、陽極和位于陰極和陽極之間的隔膜的電極組件。根據(jù)本發(fā)明，在制備電極組件中，在沒有溶劑的情況下，黏合層以使用靜電的激光印刷的方式在電化學(xué)器件的基底上形成，因此易于進(jìn)行溶劑的處理和儲存且無需干燥溶劑的步驟，以提供節(jié)約成本的效果和快速地制備過程。
【專利說明】用于制備電極組件的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制備電極組件的裝置，更具體而言，涉及如下用于制備電極組件的裝置:所述裝置在不使用溶劑的情況下，可通過激光印刷的方式在用于電化學(xué)器件的基底的表面上形成黏合層，因此在沒有溶劑處理和儲存的負(fù)擔(dān)下，可以快速地制備電極組件。
[0002]本申請要求于2013年I月16日在韓國提交的第10-2013-0004843號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)，其說明書和附圖中公開的全部內(nèi)容通過參引納入本說明書中。

【背景技術(shù)】
[0003]近些年，人們對儲能技術(shù)的興趣不斷增加。由于儲能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已延伸至移動電話、攝像機(jī)、筆記本電腦、PC和電動汽車，對電化學(xué)器件的研究和開發(fā)已做出越來越多的努力。在這方面，電化學(xué)器件是極受關(guān)注主題之一。特別是，可充放電二次電池的開發(fā)已成為關(guān)注的焦點(diǎn)。近來，這種電池的廣泛研究和開發(fā)集中在新型電極和電池的設(shè)計(jì)上，以便改進(jìn)容量密度和比能。
[0004]在目前正使用的許多二次電池中，開發(fā)于20世紀(jì)90年代初的鋰二次電池受到特別關(guān)注，這是由于其比常規(guī)的基于含水電解質(zhì)的電池(例如N1-MH、N1-Cd和H2SO4-Pb電池)具有更高的工作電壓和高得多的能量密度等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]通常，鋰二次電池包括:含陽極活性材料的陽極；含陰極活性材料的陰極；將位于陽極和陰極之間以使其電隔離的隔膜層壓而形成的電極組件；用于容納所述電極組件的電池盒；以及用于含浸所述電極組件的、注入于電極殼中的含電解質(zhì)鹽和有機(jī)溶劑的非水電解質(zhì)溶液。
[0006]其中，隔膜通常應(yīng)滿足對電化學(xué)器件的組分的安全性和耐熱性、高電解電導(dǎo)率和足夠的強(qiáng)度的要求，所述足夠的強(qiáng)度可維持隔膜在其制備、處理和在電化學(xué)器件中應(yīng)用的過程中的原始形狀，以避免兩電極之間接觸。通常使用基于聚烯烴的具有多個(gè)細(xì)孔的多孔基底作為所述隔膜。
[0007]與此同時(shí)，為了提高隔膜和電極之間的粘合力等，黏合層還可施用于隔膜表面上或包含電極的用于電化學(xué)器件的基底的表面上。施用黏合層的用于電化學(xué)器件的基底通過如下方法制備:在多孔基底或多孔涂層上涂布包含溶劑的聚合物漿料，然后干燥。在漿料中追加溶劑的目的是為了獲得流動性的確保和聚合物顆粒適當(dāng)?shù)姆稚⑿院驼扯取?br> [0008]然而，所述溶劑的使用可導(dǎo)致成本增加，其取決于所需的溶劑，且在溶劑對人體有害的情況下，在處理或儲存中可能有額外的費(fèi)用，且因?yàn)樵谕坎己笕軇┬枰稍?，所以產(chǎn)率可能下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問題
[0010]本發(fā)明的目的是解決上述問題的，因此本發(fā)明旨在提供一種在沒有溶劑的情況下通過形成黏合層制備電極組件的裝置，其易于處理和儲存且在涂布后無需干燥溶劑的步驟，并由于黏合層的快速印刷過程而具有節(jié)約成本的效果和高效的生產(chǎn)率。
[0011]技術(shù)方案
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于制備電極組件的裝置，其包括:含帶電單元和轉(zhuǎn)印單元的印刷單元，所述帶電單元使聚合物顆粒帶電以獲得帶電的聚合物顆粒，所述轉(zhuǎn)印單元將帶電的聚合物顆粒轉(zhuǎn)印在電化學(xué)器件的基底的至少一個(gè)表面，由此形成涂布有黏合層的電化學(xué)器件的基底，所述電化學(xué)器件的基底為陰極、陽極和隔膜中的至少一個(gè)；以及層壓單元，其使用所述涂布有黏合層的電化學(xué)器件的基底，通過施加熱和壓力形成包括陰極、陽極和位于陰極和陽極之間的隔膜的電極組件。
[0013]用于制備電極組件的裝置還可包括用于供應(yīng)隔膜的隔膜供應(yīng)單元、用于供應(yīng)陰極的陰極供應(yīng)單元、和用于供應(yīng)陽極的陽極供應(yīng)單元。
[0014]帶電單元可包括:圖像載體；用于在圖像載體的表面上形成靜電潛像的潛像形成單元；用于容納聚合物顆粒的儲存單元；和聚合物顆粒供應(yīng)單元，其用于在圖像載體的表面供應(yīng)聚合物顆粒以便在圖像載體的表面將靜電潛像顯影在聚合物顆粒上。
[0015]儲存單元還可包括分散于聚合物顆粒之間的、尺寸為5至10nm的無機(jī)顆粒。
[0016]聚合物顆粒選自偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(polyvinylidenef Iuoride-co-hexaf luoropropyIene, PVDF-HFP)、偏二氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物(polyvinylidene fluoride-co-chlorotrifluoroethylene)> 偏二氟乙烯-三氯乙烯共聚物(polyvinylidene f luoride-co-trichloroethylene)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(polyethylene-co-vinyl acetate)、聚乙烯、聚環(huán)氧乙燒(polyethylene oxide)、聚芳酯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰乙基支鏈淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纖維素、氰乙基蔗糖、支鏈淀粉、藻酸鹽、羧甲基纖維素中的任意一種或其兩種以上的混合物。
[0017]印刷單元可在電化學(xué)器件的基底的至少一個(gè)表面上形成具有未涂布區(qū)域的黏合層。
[0018]未涂布區(qū)域所形成的表面積可為電化學(xué)器件的基底的總表面積的20至70%。
[0019]轉(zhuǎn)印單元還可包括固定單元，所述固定單元通過熱和壓力來固定涂布在電化學(xué)器件的基底上的黏合層。
[0020]固定單元在60至180°C的溫度下以I至300kgf/cm2的壓力可固定涂布在電化學(xué)器件的基底上的黏合層。
[0021]此外，層壓單元使用所述涂布有黏合層的電化學(xué)器件的基底，可通過在60至120°C的溫度下，施加I至300kgf/cm2的壓力而形成包括陰極、陽極和位于陰極和陽極之間的隔膜的電極組件。
[0022]黏合層的厚度可為0.001至5μπι。
[0023]與此同時(shí)，隔膜可由多孔基底組成，或可包括多孔基底和多孔涂層，所述多孔涂層通過在多孔基底的至少一個(gè)表面涂布無機(jī)顆粒和聚合物粘合劑而形成。
[0024]多孔基底可由選自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯中的任意一種或其兩種以上的混合物制成。
[0025]無機(jī)顆粒可選自具有5以上的介電常數(shù)的無機(jī)顆粒、具有傳遞鋰離子能力的無機(jī)顆粒及其混合物。
[0026]有益效果
[0027]根據(jù)本發(fā)明，在制備電極組件中，在沒有溶劑的情況下，黏合層以使用靜電的激光印刷的方式在電化學(xué)器件的基底上形成，因此易于進(jìn)行溶劑的處理和儲存且無需干燥溶劑的步驟，以提供節(jié)約成本的效果和快速的制備過程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]附圖闡明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案并與上述公開內(nèi)容一起有助于本發(fā)明的技術(shù)精神的進(jìn)一步理解。然而，本發(fā)明不應(yīng)解釋為局限于附圖。
[0029]圖1示意性示出本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于制備電極組件的裝置。
[0030]圖2示意性示出在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于制備電極組件的裝置中的印刷單元。
[0031]圖3是顯示通過分解由本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的裝置制備的電極組件而獲得的隔膜表面的SEM照片。
[0032]標(biāo)記說明
[0033]10:隔膜供應(yīng)單元11:隔膜
[0034]12:黏合層20:陰極供應(yīng)單元
[0035]21:陰極30:陽極供應(yīng)單元
[0036]31:陽極40:電極組件
[0037]100:印刷單元101:光電導(dǎo)體
[0038]102:光電導(dǎo)體的帶電單元103:光線
[0039]104:顯影裝置105:顯影棍
[0040]106:進(jìn)料棍107:用于控制聚合物顆粒的葉片
[0041]108:聚合物顆粒108’:殘留的聚合物顆粒
[0042]109:轉(zhuǎn)印單元110:清潔刀片
[0043]111:AC電壓200:層壓單元

【具體實(shí)施方式】
[0044]在下文中，將會對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。在描述之前，應(yīng)理解，在本說明書和所附權(quán)利要求中所用的術(shù)語不應(yīng)解釋為局限于常規(guī)含義和詞典含義，而應(yīng)在允許發(fā)明人為進(jìn)行最佳解釋而對術(shù)語進(jìn)行適當(dāng)定義的原則基礎(chǔ)上，基于與本發(fā)明的技術(shù)現(xiàn)狀相符合的含義和概念進(jìn)行解釋。因此，本文中提出的實(shí)施方案僅僅只是為了闡述優(yōu)選實(shí)施例，而不旨在限制本發(fā)明范圍，因此應(yīng)理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對其做出其他等效方案和改變。
[0045]本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的用于制備電極組件的裝置，包括含帶電單元和轉(zhuǎn)印單元的印刷單元，所述帶電單元使聚合物顆粒帶電以獲得帶電聚合物顆粒，所述轉(zhuǎn)印單元將帶電聚合物顆粒轉(zhuǎn)印在電化學(xué)器件的基底的至少一個(gè)表面上，由此形成涂布有黏合層的基底，所述電化學(xué)器件的基底為陰極、陽極和隔膜中的至少一個(gè)；以及層壓單元，其使用所述涂布有黏合層的電化學(xué)器件的基底，通過施加熱和壓力形成包括陰極、陽極和位于陰極和陽極之間的隔膜的電極組件。
[0046]圖1示意性示出了形成有黏合層的上述用于電化學(xué)器件的基底作為隔膜的情況。以下將參考圖1闡明本發(fā)明的用于制備電極組件的裝置。
[0047]本發(fā)明的用于制備電極組件的裝置包括:含帶電單元和轉(zhuǎn)印單元的印刷單元100，所述帶電單元使聚合物顆粒帶電以獲得帶電聚合物顆粒，所述轉(zhuǎn)印單元將帶電聚合物顆粒轉(zhuǎn)印在隔膜11的至少一個(gè)表面上，由此形成涂布有形成黏合層12的隔膜；以及層壓單元200，其將涂布有黏合層12的隔膜11插入在陰極21和陽極31之間，并施加熱和壓力進(jìn)行層壓。
[0048]用于制備電極組件的裝置還可包括:用于供應(yīng)隔膜11的隔膜供應(yīng)單元10、用于供應(yīng)陰極21的陰極供應(yīng)單元20、和用于供應(yīng)陽極31的陽極供應(yīng)單元30。
[0049]隔膜11通過隔膜供應(yīng)單元10供應(yīng)至印刷單元100，且印刷單元100含帶電單元和轉(zhuǎn)印單元，并以激光印刷的方式在隔膜11的至少一個(gè)表面上形成黏合層12，然后排出。
[0050]帶電單元可包括:圖像載體；用于在圖像載體的表面形成靜電潛像的潛像形成單元；用于容納聚合物顆粒的儲存單元:和聚合物顆粒供應(yīng)單元，所述聚合物顆粒供應(yīng)單元用于在圖像載體的表面供應(yīng)聚合物顆粒以便在圖像載體的表面將靜電潛像顯影在聚合物顆粒上。
[0051]儲存單元還可包含分散于聚合物顆粒之間的無機(jī)顆粒，以便改善聚合物顆粒的流動性，且無機(jī)顆粒的尺寸可為5至lOOnm，其實(shí)例可為二氧化硅納米顆粒，但本發(fā)明并不局限于此。
[0052]聚合物顆粒可選自偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、偏二氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚芳酯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰乙基支鏈淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纖維素、氰乙基蔗糖、支鏈淀粉、藻酸鹽、羧甲基纖維素中的任意一種或其兩種以上的混合物。
[0053]盡管以上所述是形成有黏合層的電化學(xué)器件的基底作為隔膜的情況，但黏合層可同樣在陰極或陽極上形成，在該情況下，印刷單元可以分別與陰極供應(yīng)單元或陽極供應(yīng)單元連接而在陰極或陽極上形成黏合層。
[0054]與此同時(shí)，如果黏合層在電化學(xué)器件的基底的一個(gè)或兩個(gè)表面上整體涂布，則更能改善隔膜和電極的粘合力，但起到傳遞鋰離子的電阻體作用，由此可能使電化學(xué)器件的性能變差。因此，為了維持粘合力并抑制電阻的過多增加，印刷單元可在電化學(xué)器件的基底的至少一個(gè)表面形成含未涂布區(qū)域的黏合層，所述未涂布區(qū)域未轉(zhuǎn)印有聚合物顆粒。
[0055]未涂布區(qū)域的表面積可為電化學(xué)器件的基底的總表面積的20至70%。當(dāng)滿足所述的數(shù)值范圍時(shí)，可在隔膜和電極之間維持合適的粘合力并同時(shí)抑制電阻的過多增加。
[0056]黏合層的厚度可為0.001至5μπι，但本發(fā)明不局限于此。當(dāng)滿足所述的厚度范圍時(shí)，可抑制電池的電阻增加并同時(shí)可在隔膜和電極之間維持合適的粘合力。
[0057]此外，黏合層可形成為有利于傳遞鋰離子的圖案，例如格網(wǎng)型圖案等。
[0058]轉(zhuǎn)印單元還可包括固定單元，所述固定單元通過熱和壓力來固定在電化學(xué)器件的基底上形成的黏合層。
[0059]固定單元在60至180°C的溫度下以I至300kgf/cm2的壓力可加熱并固定涂布在電化學(xué)器件的基底上的黏合層。
[0060]此外，層壓單元使用所述涂布有黏合層的電化學(xué)器件的基底，可通過在60至120°C的溫度下，施加I至300kgf/cm2的壓力而形成包含陰極、陽極和位于陰極和陽極之間的隔膜的電極組件。當(dāng)滿足所述溫度和壓力范圍時(shí)，可獲得足夠的粘合力。
[0061]與此同時(shí)，本發(fā)明中可使用的隔膜為多孔基底，且多孔基底可為通常用于鋰二次電池中的任意一種，例如基于聚烯烴的多孔薄膜(membrane)或非織造織物,但本發(fā)明不特別局限于此。
[0062]基于聚烯烴的多孔薄膜可由如下基于聚烯烴的聚合物獲得，例如，聚乙烯，如高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯；聚丙烯；聚丁烯；聚戊烯等或其混合物。
[0063]作為非織造織物，除了基于聚烯烴的非織造織物之外，可使用由選自下列的聚合物制成的非織造織物:聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯或其混合物。所述非織造織物在結(jié)構(gòu)上可為由長纖維組成的紡粘法非織造織物(spun-bondfabric)或溶噴法非織造織物(melt-blown fabric)
[0064]多孔基底的厚度優(yōu)選為5至50 μ m，但本發(fā)明不特別局限于此。此外，多孔基底的孔徑為0.01至50 μ m且孔隙率為10%至95%，但本發(fā)明不特別局限于此。
[0065]此外，所述隔膜可使用在多孔基底的至少一個(gè)表面上涂布包含無機(jī)顆粒和黏合劑的多孔涂層的隔膜。
[0066]作為無機(jī)顆粒，當(dāng)使用具有高介電常數(shù)的無機(jī)顆粒時(shí)，有助于增加液體電解質(zhì)中的電解鹽(例如鋰鹽)的解離速率,因此改善電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率。
[0067]基于上述原因，本發(fā)明中所用的無機(jī)顆粒優(yōu)選包含:介電常數(shù)為5以上、優(yōu)選10以上的高介電常數(shù)的無機(jī)顆粒、具有傳遞鋰離子能力的無機(jī)顆粒，或其混合物。
[0068]介電常數(shù)為5以上的無機(jī)顆粒的非限制性實(shí)例包括:SrTi03、SnO2, CeO2, MgO、N1、CaO, ZnO, ZrO2, S12, Y2O3> A1203、A100H、Al(OH)3, T12, SiC、BaT13' Pb (Zrx, Ti1JO3 (PZT, 0 < X < I)、Pb1^LaxZr^yTiyO3 (PLZT, 0 < x < 1,0 < y < I)、(l_x) Pb (Mg1/3Nb2/3)O3-XPbT13 (PMN-PT,0 < x < I), HfO2 或其混合物。
[0069]其中，如BaT13> Pb (Zrx, Ti「x) O3 (PZT, O < x < I)、PVxLaxZivyTiyO3 (PLZT, 0 < x
<1，0 < y < I)、(1-X)Pb (Mg1/3Nb2/3)O3-XPbT13(PMN-PT，0 < x < I)、HfO2 的無機(jī)顆粒顯示出100以上的介電常數(shù)的高介電特性，而且還具有在施加一定壓力而拉伸或壓縮時(shí)在兩個(gè)表面之間產(chǎn)生電勢差的壓電性(piezoelectricity),因此防止由于外部沖擊而產(chǎn)生的兩個(gè)電極之間的內(nèi)部短路，并因此進(jìn)一步改善電化學(xué)器件的安全性。此外，當(dāng)使用具有高介電常數(shù)的無機(jī)顆粒和具有傳遞鋰離子能力的無機(jī)顆粒的混合物時(shí)，可獲得協(xié)同效應(yīng)。
[0070]在本發(fā)明中，具有傳遞鋰離子能力的無機(jī)顆粒是指，含有鋰原子并在沒有貯存鋰離子的情況下能夠移動鋰離子的無機(jī)顆粒。具有傳遞鋰離子能力的無機(jī)顆粒，由于存在于顆粒結(jié)構(gòu)內(nèi)部的一種缺陷(defect)而可傳遞和移動鋰離子，因此，可改善電池中的鋰離子導(dǎo)電率以及改善電池的性能。具有傳遞鋰離子能力的無機(jī)顆粒的非限制性實(shí)例包括:如磷酸鋰(Li3PO4)、磷酸鈦鋰(LixTiy(P04)3，O < X < 2,0 < y < 3)、磷酸鈦鋁鋰(LixAlyTiz(PO4)3，O < x < 2,0 < y < I,O < z < 3)、14Li20-9Al203-38Ti02_39P205 等的(LiAlTiP)xOy 型玻璃(O < X < 4，0 < y < 13)、鈦酸鑭鋰(LixLayT13,0 < x < 2,0 < y
<3)、如 Li3.25GeQ.25PQ.75S4 等的硫代磷酸鍺鋰(LixGeyPzSw, O < x < 4,0 < y < I, O < z < I,O < w < 5)、如 Li3N 等的氮化鋰(LixNy,O < X < 4，0 < y < 2)、如 Li3PO4-Li2S-SiS2 等的SiS2 型玻璃(LixSiySz,O < X < 3,0 < y < 2,0 < z < 4);如 Li1-Li2S-P2S5 等的 P2S5 型玻璃(LixPySz,O < X < 3,0 < y < 3,0 < z < 7)和其混合物。
[0071]無機(jī)顆粒的平均粒徑例如可為0.001至100 μ m,也可以為0.01至50 μ m。當(dāng)滿足所述無機(jī)顆粒的粒徑范圍時(shí)，無機(jī)顆粒的比表面積會顯著增加以解決過量使用用于黏合無機(jī)顆粒的黏合劑所帶來的問題，且其可提供適當(dāng)厚度的多孔涂層、無機(jī)顆粒之間適當(dāng)?shù)目讖胶瓦m當(dāng)?shù)目紫堵省?br> [0072]此外，多孔涂層的厚度可為I至100 μ m、優(yōu)選為I至40 μ m、更優(yōu)選為2至15 μ m。
[0073]當(dāng)滿足所述多孔涂層的厚度范圍時(shí)，可進(jìn)一步增加額外的鋰離子傳遞路徑，且電解質(zhì)溶液的注入可改善并提高電池的性能和熱安全性。
[0074]與此同時(shí)，當(dāng)形成有黏合層12的隔膜從印刷單元100排出之后，將隔膜插入在由陰極供應(yīng)單元20供應(yīng)的陰極21和由陽極供應(yīng)單元30供應(yīng)的陽極31之間，并送入至層壓單元200中。在層壓單元200中，對陰極、隔膜和陽極的結(jié)合體施加熱和壓力而進(jìn)行層壓，由此制備電極組件。層壓單元200可包含至少兩個(gè)相互對立而配置的輥，但并不局限于此，例如也可使用普通的層壓系統(tǒng)。
[0075]印刷單元100將參考圖2進(jìn)行更具體的闡明。
[0076]容納于顯影裝置104中的聚合物顆粒108通過由彈性材料(例如聚氨酯泡沫和海綿)制成的進(jìn)料輥106而供應(yīng)到顯影輥105中。供應(yīng)到顯影輥105中的聚合物顆粒108通過顯影輥105的旋轉(zhuǎn)來到達(dá)至控制聚合物顆粒的葉片107和顯影輥105之間的接觸部。控制聚合物顆粒的葉片107由彈性材料(例如金屬和橡膠)制成。當(dāng)聚合物顆粒108通過控制聚合物顆粒的葉片107和顯影輥105之間的接觸部時(shí)，持續(xù)控制聚合物顆粒108以便其形成薄層并使其充分帶電。薄層化了的聚合物顆粒108通過顯影輥105而轉(zhuǎn)移到顯影區(qū)域，在所述顯影區(qū)域中聚合物顆粒108顯影形成作為圖像載體的光電導(dǎo)體101的靜電圖像。在光電導(dǎo)體101中通過照射光線103形成靜電圖像。
[0077]顯影輥105與光電導(dǎo)體101相對，且隔開一定距離，彼此沒有接觸。顯影輥105順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，而光電導(dǎo)體101逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
[0078]轉(zhuǎn)移到光電導(dǎo)體101的顯影區(qū)域的聚合物顆粒108通過電力來顯影形成在光電導(dǎo)體101上的靜電圖像，所述電力是由通過施加于顯影輥105的疊加DC電壓-AC電壓111的電勢和通過帶電單元102而帶電的光電導(dǎo)體101的靜電圖像的電勢之間的電勢差值而產(chǎn)生的。
[0079]在光電導(dǎo)體101中顯影的聚合物顆粒108按照光電導(dǎo)體101的旋轉(zhuǎn)方向到達(dá)至轉(zhuǎn)印單元109。向轉(zhuǎn)印單元109施加與在光電導(dǎo)體101中顯影的聚合物顆粒108極性相反的高電壓。當(dāng)隔膜穿過轉(zhuǎn)印單元109和光電導(dǎo)體(如電暈放電器或輥)時(shí)，聚合物顆粒108轉(zhuǎn)移到隔膜11，從而形成黏合層。
[0080]轉(zhuǎn)移到隔膜的聚合物顆粒的圖像在穿過高溫和高壓的固定機(jī)(未示出)的過程中在隔膜中融合，從而固定黏合層。同時(shí)，仍保留在顯影輥105上的未顯影的聚合物顆粒108’通過與顯影輥105接觸的進(jìn)料輥106回收，且保留在光電導(dǎo)體101上的未顯影的聚合物顆粒108’通過清潔刀片110回收。重復(fù)所述過程。
[0081]通過本發(fā)明的裝置制備的電極組件包括陰極、陽極和位于陰極和陽極之間的隔膜。
[0082]在本發(fā)明中，用作陰極和陽極的電極沒有特別地限制，可根據(jù)本領(lǐng)域已知的常規(guī)方法通過將電極活性材料黏合到電極集電器來制備。
[0083]作為在各電極中所用的活性材料，陰極活性材料可為任何在常規(guī)電化學(xué)器件的陰極中常用的那些。陰極活性材料的非限制性實(shí)例包括鋰錳氧化物、鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰鐵氧化物或這些的鋰復(fù)合氧化物。
[0084]此外，陽極活性材料可為任何在常規(guī)電化學(xué)器件的陽極中常用的那些。陽極活性材料的非限制性實(shí)例包括鋰、鋰合金和鋰嵌入材料，所述鋰嵌入材料例如為碳、石油焦碳(petroleum coke)、活性碳、石墨或其他碳質(zhì)材料等。
[0085]陰極集電器的非限制性實(shí)例包括鋁箔、鎳箔及其組合。陽極集電器的非限制性實(shí)例包括銅箔、金箔、鎳箔、銅合金箔及其組合。
[0086]通過本發(fā)明的裝置制備的電極組件，根據(jù)后續(xù)的加工過程可為常用的卷繞(winding)、堆疊(stack)或折疊(folding)的形式，由此確定鋰二次電池的最終形狀。
[0087]此外、電極組件容納在電池盒中，所述電池盒的外形例如圓柱形(如罐)、棱柱形、袋(pouch)形或硬幣(coin)形，但并不限于此。
[0088]在容納有電極組件的電池盒中，可注入用于含浸電極組件且包含電解質(zhì)鹽和有機(jī)溶劑的非水電解質(zhì)。非水電解質(zhì)的加入可在電化學(xué)器件的制備過程中的任何一個(gè)合適的步驟中進(jìn)行，取決于制備方法和最終產(chǎn)品的所需物理性質(zhì)。具體而言，電解質(zhì)可在組裝電池之前或組裝的最后一步中加入。
[0089]電解質(zhì)鹽可為鋰鹽。鋰鹽可為鋰二次電池的電解質(zhì)溶液中常用的任何一種。例如，鋰鹽的陰離子可為選自 F'Cl'fc'r、NO3'N(CN)2'BF4'ClO4'PF6' (CF3)2PF4' (CF3)3PF3'(CF3)4PF2' (CF3)5PF' (CF3) 6P'CF3SO3'CF3CF2SO3' (CF3SO2)2N' (FSO2) 2N\ CF3CF2 (CF3) 2C0\(CF3SO2) 2or、(SF5) 3σ、(cf3so2) 3σ、cf3 (cf2) 7so3\ cf3co2\ ch3co2\ scn' (cf3cf2so2) 2n_ 中的任意一種或其混合物。
[0090]在非水電解質(zhì)溶液中所用的有機(jī)溶劑可為鋰二次電池的電解質(zhì)溶液中常用的一種。例如，醚、酯、酰胺、直鏈碳酸酯和環(huán)狀碳酸酯可單獨(dú)使用或作為兩種以上的混合物使用。
[0091]其中，有代表性地使用直鏈碳酸酯、環(huán)狀碳酸酯或其混合物。
[0092]環(huán)狀碳酸酯可選自碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)、1，2-碳酸亞丁酯、2，3-碳酸亞丁酯、1，2-碳酸亞戊酯、2，3-碳酸亞戊酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸乙烯亞乙酯，其鹵化物及其混合物。鹵化物的實(shí)例包括氟代碳酸乙烯酯(fluoroethylene carbonate,FEC)等,但并不限于此。
[0093]直鏈碳酸酯化合物可為選自碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯中的任意一種或其混合物，但并不限于此。
[0094]尤其是，在上述的基于碳酸酯的有機(jī)溶劑中，環(huán)狀碳酸酯例如碳酸亞乙酯和碳酸亞丙酯具有高粘度和高介電常數(shù)，使電解質(zhì)中的鋰鹽更易解離。所述環(huán)狀碳酸酯可以合適的比例與具有低粘度和低介電常數(shù)的直鏈碳酸酯例如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯混合，以提供高電導(dǎo)率的電解質(zhì)溶液。
[0095]此外，可用作有機(jī)溶劑的醚為選自二甲醚、二乙醚、二丙醚、甲乙醚、甲丙醚、乙丙醚中的任意一種或其混合物，但并不限于此。
[0096]此外，可用作有機(jī)溶劑的酯為選自乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、Y-丁內(nèi)酯、Y-戊內(nèi)酯、Y-己內(nèi)酯、σ-戊內(nèi)酯、己內(nèi)酯中的任意一種或其混合物，但并不限于此。
[0097]在下文中，將對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述以便更好的理解。然而，可對本發(fā)明的實(shí)施例以多種方式進(jìn)行修改，且它們不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的實(shí)施例僅是為了使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明。
[0098]1.實(shí)施例
[0099]將100重量份的、平均粒徑為0.2 μ m的偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(Arkema公司，Kynar 2751)用作聚合物顆粒，并與2重量份的二氧化娃納米顆粒(Degusa公司，Aerosil R805)在亨舍爾混合機(jī)(Henschel mixer)中混合5分鐘，由此確保聚合物顆粒的流動性。然后將所獲得的混合物置于包括印刷單元的儲存單元中。
[0100]然后,非織造物基底(Mitsubishi Paper Mill公司，LP1540)從隔膜供應(yīng)單元穿過至印刷單元，由此將聚合物顆粒印刷在非織造物基底的兩個(gè)表面上。
[0101]在印刷后，將由陰極供應(yīng)單元供應(yīng)的基于LMO的陰極、由陽極供應(yīng)單元供應(yīng)的基于LTO的陽極和位于陰極和陽極之間且印刷有聚合物顆粒的非織造物基底在100°C下通過層壓單元進(jìn)行層壓，所述層壓單元施加有l(wèi)OOkgf/cm2的壓力，由此獲得了電極組件。
[0102]將電極組件放入電池盒中，并在其中注入電解質(zhì)溶液，由此制備了鋰二次電池。
[0103]如此制備的鋰二次電池經(jīng)測量具有1.25 Ω的良好的放電電阻。
[0104]與此同時(shí)，圖3是顯示通過分解電極組件而獲得的隔膜表面的SEM照片。
[0105]2.對比實(shí)施例
[0106]除在非織造物基底上未進(jìn)行印刷聚合顆粒的步驟之外，重復(fù)實(shí)施例的過程以制備鋰二次電池。
[0107]制備的鋰二次電池經(jīng)測量具有1.44 Ω的放電電阻，其高于實(shí)施例的值。
[0108]上文中的本發(fā)明僅以闡明的方式給出，在本發(fā)明的精神和范圍之內(nèi)，根據(jù)這種詳細(xì)描述而進(jìn)行各種改變和修改對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，應(yīng)理解的是，本發(fā)明提供的實(shí)施例僅僅是為了闡明的目的并使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更好的理解，并不旨在限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明保護(hù)的范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定，所有其實(shí)質(zhì)等效方案應(yīng)解釋為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制備電極組件的裝置，其包括: 包含帶電單元和轉(zhuǎn)印單元的印刷單元，所述帶電單元使聚合物顆粒帶電以獲得帶電的聚合物顆粒，所述轉(zhuǎn)印單元將帶電的聚合物顆粒轉(zhuǎn)印在用于電化學(xué)器件的基底的至少一個(gè)表面，由此形成涂布有黏合層的用于電化學(xué)器件的基底， 所述用于電化學(xué)器件的基底為陰極、陽極和隔膜中的至少一個(gè)；以及層壓單元，其使用所述涂布有黏合層的電化學(xué)器件的基底，通過施加熱和壓力形成包括陰極、陽極和位于陰極和陽極之間的隔膜的電極組件。
2.權(quán)利要求1所述的用于制備電極組件的裝置，其還包括: 用于供應(yīng)隔膜的隔膜供應(yīng)單元， 用于供應(yīng)陰極的陰極供應(yīng)單元，和 用于供應(yīng)陽極的陽極供應(yīng)單元。
3.權(quán)利要求1所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 帶電單元包括: 圖像載體； 潛像形成單元，其用于在圖像載體的表面上形成靜電潛像； 儲存單元，其用于容納聚合物顆粒；和 聚合物顆粒供應(yīng)單元，其用于在圖像載體的表面供應(yīng)聚合物顆粒以便在圖像載體的表面將靜電潛像顯影在聚合物顆粒上。
4.權(quán)利要求3所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述儲存單元還包括分散于聚合物顆粒之間的、尺寸為5至10nm的無機(jī)顆粒。
5.權(quán)利要求1所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述聚合物顆粒選自偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP)、偏二氟乙烯-三氟氯乙烯共聚物、偏二氟乙烯-三氯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚芳酯、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰乙基支鏈淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纖維素、氰乙基蔗糖、支鏈淀粉、藻酸鹽、羧甲基纖維素中的任意一種或其混合物。
6.權(quán)利要求1所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述印刷單元在用于電化學(xué)器件的基底的至少一個(gè)表面上形成具有未涂布區(qū)域的黏口 /Z^ ο
7.權(quán)利要求6所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述未涂布區(qū)域所形成的表面積為用于電化學(xué)器件的基底的總表面積的20至70%。
8.權(quán)利要求1所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述轉(zhuǎn)印單元還包括固定單元，所述固定單元通過熱和壓力來固定涂布在用于電化學(xué)器件的基底上的黏合層。
9.權(quán)利要求8所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述固定單元在60至180°C的溫度下以I至300kgf/cm2的壓力固定涂布在用于電化學(xué)器件的基底上的黏合層。
10.權(quán)利要求1所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述層壓單元使用所述涂布有黏合層的電化學(xué)器件的基底，通過在60至120°C的溫度下，施加I至300kgf/cm2的壓力而形成包括陰極、陽極和位于陰極和陽極之間的隔膜的電極組件。
11.權(quán)利要求1所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述黏合層的厚度為0.0Ol至5 μ m。
12.權(quán)利要求1所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述隔膜由多孔基底組成，或可包括多孔基底和多孔涂層，所述多孔涂層通過在多孔基底的至少一個(gè)表面涂布無機(jī)顆粒和聚合物粘合劑而形成。
13.權(quán)利要求12所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述多孔基底選自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二醇酯中的任意一種或其兩種以上的混合物。
14.權(quán)利要求12所述的用于制備電極組件的裝置，其中， 所述無機(jī)顆粒選自具有5或以上介電常數(shù)的無機(jī)顆粒、具有傳遞鋰離子能力的無機(jī)顆粒、及其混合物。
【文檔編號】H01M10/058GK104247128SQ201480001024
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年1月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年1月16日
【發(fā)明者】李柱成, 韓達(dá)景, 賈炅侖, 金鐘勛 申請人:株式會社Lg化學(xué)