本申請(qǐng)要求于2014年10月24日的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10-2014-0145372號(hào)和2015年10月23日的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)第10-2015-0148277號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并且包括相應(yīng)的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)文獻(xiàn)中所披露的全部?jī)?nèi)容作為本說(shuō)明書(shū)的一部分。

本發(fā)明涉及一種用于提高電池容量的電極制造方法和由此制成的電極，且更具體地，涉及一種用于提高電池容量的制造電極的方法和由此制成的電極，所述方法通過(guò)激光清潔技術(shù)減小電池負(fù)極懸垂公差(overhangtolerance)而提高了電池容量。

背景技術(shù)：

鋰離子電池是移動(dòng)裝置和電動(dòng)汽車(chē)時(shí)代的重要元件部分，并且對(duì)增加容量的需求不斷提高。一般來(lái)說(shuō)，鋰聚合物離子電池具有如下基本結(jié)構(gòu)：其中正極與負(fù)極彼此堆疊且重疊，并且在正極與負(fù)極之間插入分離膜以防止電極短路。同時(shí)，為了防止電池中的鋰沉淀，負(fù)極的面積必須足夠?qū)捯员愀采w正極的面積，這稱(chēng)為懸垂(overhang)。由于電池的容量是由如上所述正極與負(fù)極重疊的面積確定的，正極與負(fù)極之間的面積差必須最小化以便增加相同電池尺寸的容量，因此，當(dāng)能夠減小懸垂時(shí)，便可增加相同面積內(nèi)的電池容量。

然而，當(dāng)涂布活性材料時(shí)，問(wèn)題在于，電極活性材料是通過(guò)涂布工藝被線(xiàn)性地涂布的，因此，問(wèn)題在于，正極與負(fù)極的懸垂公差由此增加，并且這些問(wèn)題給電池的安全性和容量帶來(lái)了負(fù)面影響。為了盡量減少這些問(wèn)題，當(dāng)涂布正極活性材料時(shí)，必須使端部是直的，但是由于電池的高容量導(dǎo)致涂層厚度變大，因此現(xiàn)在使端部是直的變得很難。

為了解決這些問(wèn)題，例如，韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)待審公開(kāi)第10-2006-0010650號(hào)提出了一種通過(guò)使用激光、擠壓、刮刀或超聲波的任何一個(gè)移除超出基準(zhǔn)面積的活性材料來(lái)制造二次電池的方法，但是由于該方法不能使施加至正極和負(fù)極的活性材料之間的面積差(即，懸垂)最小化，因此在提高電池容量方面存在限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明試圖解決如上所述的現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，并且本發(fā)明的目的是通過(guò)應(yīng)用激光工藝技術(shù)在不損壞電極箔的情況下移除正極和負(fù)極活性材料而使懸垂公差最小化，從而使涂布電極活性材料的端部變直。

技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種制造電極的方法，所述方法包括以下步驟：

將電極活性材料施加至集電器上；和

照射激光，使得已通過(guò)施加所述電極活性材料獲得的電極活性材料層的端部變直，從而移除所述電極活性材料。

此外，本發(fā)明提供一種通過(guò)上述電極制造方法制造的電極。

此外，本發(fā)明提供一種包括所述電極的電池。

有益效果

通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的用于提高電池容量的方法，優(yōu)點(diǎn)在于：施加至正極和負(fù)極的活性材料之間的面積差(即，懸垂)被最小化，從而增加了電池的容量并且提高了電池的穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1是圖解本發(fā)明的電極制造方法中使電極活性材料的端部變直的工序的示意圖。

圖2是圖解在本發(fā)明的電極制造方法中，將電極活性材料涂布在集電器上的照片。

圖3是圖解在本發(fā)明的電極制造方法中，電極活性材料層端部處的電極活性材料已被激光移除的照片。

圖4是比較傳統(tǒng)的電極與本發(fā)明中制造的電極的懸垂差異以及根據(jù)懸垂差異的電池容量的視圖。

圖5是圖解在本發(fā)明的電極制造方法中，在移除活性材料層時(shí)使用的激光束的形狀的視圖。

圖6是捕獲了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1移除活性材料層的照片。

圖7是捕獲了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2移除活性材料層的照片。

圖8是捕獲了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3移除活性材料層的照片。

圖9是捕獲了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4移除活性材料層的照片。

圖10是捕獲了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例5移除活性材料層的照片。

圖11是捕獲了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例6移除活性材料層的照片。

圖12是捕獲了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例7移除活性材料層的照片。

具體實(shí)施方式

下文中，將詳細(xì)描述本發(fā)明。

根據(jù)本發(fā)明的電極制造方法包括以下步驟：

將電極活性材料施加至集電器上；和

照射激光，使得已通過(guò)施加所述電極活性材料獲得的電極活性材料層的端部變直，從而移除所述電極活性材料。

首先，本發(fā)明的電極制造方法包括以下步驟：將電極活性材料施加至集電器上。

所述集電器可以是用于正極的集電器或用于負(fù)極的集電器，并且可無(wú)特別限制地通過(guò)本領(lǐng)域已知的典型方法或其修改方法來(lái)制備用于正極的集電器或用于負(fù)極的集電器。

用于正極的集電器沒(méi)有特別限制，只要該集電器具有導(dǎo)電性且不會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)生化學(xué)變化即可，例如，可以使用不銹鋼、鋁、鎳、鈦或燒制碳，或者使用鋁或不銹鋼的表面經(jīng)碳、鈦、鎳、銀和類(lèi)似者表面處理過(guò)的材料。該集電器亦可通過(guò)在表面上形成細(xì)微的凹凸不規(guī)則性而增加正極活性材料的粘合強(qiáng)度，該集電器可采用各種形式，諸如膜、片材、箔、網(wǎng)、多孔體、發(fā)泡體和非織造體。此外，用于正極的集電器可具有3μm至500μm的厚度。

用于負(fù)極的集電器沒(méi)有特別限制，只要該集電器具有導(dǎo)電性且不會(huì)導(dǎo)致電池發(fā)生化學(xué)變化即可，例如，可以使用不銹鋼、鋁、鎳、鈦或燒制碳，或者使用銅或不銹鋼的表面經(jīng)碳、鈦、鎳、銀和類(lèi)似者表面處理過(guò)的材料，鋁鎘合金和類(lèi)似材料。此外，類(lèi)似于正極集電器，該負(fù)極集電器亦可通過(guò)在表面上形成細(xì)微的凹凸不規(guī)則性而增加負(fù)極活性材料的粘合強(qiáng)度，該集電器可采用各種形式，諸如膜、片材、箔、網(wǎng)、多孔體、發(fā)泡體和非織造體。此外，用于負(fù)極的集電器可具有3μm至500μm的厚度。

所述電極活性材料可以是正極活性材料或負(fù)極活性材料，可無(wú)特別限制地通過(guò)本領(lǐng)域已知的典型方法或其修改方法來(lái)制備所述正極活性材料或所述負(fù)極活性材料，并且當(dāng)施加所述電極活性材料時(shí)，所述電極活性材料可具有50至200μm的厚度。

所述正極活性材料包括作為主要成分的層狀化合物，諸如鋰鈷氧化物(licoo2)、鋰鎳氧化物(linio2)或由一種或多種過(guò)渡金屬取代的化合物；鋰錳氧化物(limno2)，諸如化學(xué)式為li1+xmn2-xo4(此處，x為0至0.33)、limno3、limn2o3和limno2；鋰銅氧化物(li2cuo2)；釩氧化物，諸如liv3o8、life3o4、v2o5和cu2v2o7；由化學(xué)式lini1-xmxo2(此處，m＝co、mn、al、cu、fe、mg、b或g，并且x＝0.01至0.3)表示的鎳位點(diǎn)型鋰鎳氧化物(鋰化的鎳氧化物)；由化學(xué)式limn2-xmxo2(此處，m＝co、ni、fe、cr、zn或ta，并且x＝0.01至0.1)或li2mn3mo8(此處，m＝fe、co、ni、cu或zn)表示的鋰錳復(fù)合氧化物；limn2o4，其中化學(xué)式中的鋰部分被堿土金屬離子取代；二硫化合物；和鋰嵌入材料(lithiumintercalationmaterial)，諸如fe2(moo4)3或通過(guò)它們的組合形成的復(fù)合氧化物，正極活性材料的例子包括上述種類(lèi)，但并不限于此。

作為負(fù)極活性材料，例如，可以使用：炭，諸如難石墨化的炭或石墨基炭；金屬?gòu)?fù)合氧化物，lixfe2o3(0≤x≤1)、lixwo2(0≤x≤1)以及snxme1-xme'yoz(me：mn、fe、pb、ge；me'：al、b、p、si、周期表第1、2、3族的元素、鹵素；0<x≤1；1≤y≤3；并且1≤z≤8)；鋰金屬；鋰合金；硅基合金；錫基合金；氧化物，諸如sno、sno2、pbo、pbo2、pb2o3、pb3o4、sb2o3、sb2o4、sb2o5、geo、geo2、bi2o3、bi2o4和bi2o5；導(dǎo)電聚合物，諸如聚乙炔；li-co-ni基材料和類(lèi)似者。

本發(fā)明可包括以下步驟：照射激光，使得已通過(guò)施加所述電極活性材料獲得的電極活性材料層的端部變直，從而移除所述電極活性材料，如圖1所示。

當(dāng)在集電器上涂布電極活性材料時(shí)，電極活性材料的涂層并非平滑地形成直線(xiàn)，如圖2所示。當(dāng)通過(guò)使正極與負(fù)極處于重疊的狀態(tài)形成電極時(shí)，負(fù)極活性材料可覆蓋正極活性材料，如圖4的左側(cè)所示，但是會(huì)產(chǎn)生超出所需的懸垂(overhang)公差。懸垂公差的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上可引起電池的容量減小，因?yàn)槎坞姵氐娜萘渴怯韶?fù)極與正極重疊的面積確定的。然而，當(dāng)電極活性材料的涂層平滑地形成直線(xiàn)時(shí)，正極與負(fù)極之間的面積差可被最小化，如圖4的右側(cè)所示，結(jié)果由于最低限度地產(chǎn)生懸垂公差，使得在相同的面積內(nèi)電池的容量可最大化地增加。

本發(fā)明通過(guò)照射激光使得已通過(guò)施加電極活性材料獲得的電極活性材料層的端部變直。

在本發(fā)明中，直線(xiàn)不僅是指根據(jù)數(shù)學(xué)定義的直線(xiàn)概念，而且還表示在激光工業(yè)中能夠通過(guò)光輻射產(chǎn)生的直線(xiàn)，是包括在該行業(yè)中一般理解的所有輕微偏差的概念。

為了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)明意圖照射激光，需考慮活性材料的吸光度和下部電極層的反射率，并且在通過(guò)調(diào)整激光照射容易地移除活性材料的同時(shí)不應(yīng)損壞用作電極集電器箔的銅或鋁。

為此，本發(fā)明的激光照射使用脈沖激光，優(yōu)選地，脈沖激光的波長(zhǎng)可使用300nm至1,100nm的波長(zhǎng)，且更優(yōu)選地，可使用波長(zhǎng)為500nm至600nm或1,000nm至1,100nm的激光。

此外，脈沖激光的脈沖能量可優(yōu)選地使用0.05mj至5mj的能量，且更優(yōu)選地使用0.1mj至3mj的能量，且最優(yōu)選地使用0.5mj至2mj的能量。使用上述范圍內(nèi)的脈沖能量的原因在于當(dāng)激光聚焦的部分的能量密度太低時(shí)，活性物質(zhì)可能不易被移除，當(dāng)能量太高時(shí)，不只是待被移除的區(qū)域可能被移除，從而導(dǎo)致對(duì)電極造成損壞。

此外，為了減少因暴露于激光的部分的能量差異導(dǎo)致的在移除活性材料中的差異并且為了使對(duì)下基板的損壞最小化，可采用激光束的形狀為將激光束從高斯光束形狀修改為如圖5中所示的圓形平頂光束形狀、線(xiàn)性平頂光束形狀或方形平頂光束形狀。

當(dāng)在上述條件下照射激光時(shí)，相較于集電器，電極活性材料可相對(duì)容易地經(jīng)受激光燒蝕，因?yàn)殡姌O活性材料的激光光收率高于例如鋁(al)或銅(cu)的激光光收率。這樣，當(dāng)具有能量的激光在相同條件下通過(guò)它照射到電極活性材料上時(shí)，僅電極活性材料可被移除，如圖3中所示，電極活性材料可被移除，而不會(huì)對(duì)集電器造成損壞，從而在電極的端部處增加電極活性材料涂層形狀的直線(xiàn)度。

此外，本發(fā)明提供通過(guò)所述電極制造方法制造的電極。

如上所述，由于通過(guò)本發(fā)明制造的電極可使正極與負(fù)極之間的面積差異最小化，因此，可產(chǎn)生最小懸垂公差，最大程度地增加相同面積內(nèi)的電池容量。通過(guò)本發(fā)明制造的電極比通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)方法制造的電極有顯著改善。

此外，本發(fā)明提供包括所述電極的電池。

所述電池可優(yōu)選地為用于二次電池的電池，且更優(yōu)選地為用于二次電池的聚合物電池。

本發(fā)明的實(shí)施方式

盡管已根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可基于上述內(nèi)容在本發(fā)明所屬的范圍內(nèi)進(jìn)行各種應(yīng)用和修改。本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求書(shū)限定，并且意在包括與權(quán)利要求的條款等同的范圍和意義內(nèi)的任何修改。

實(shí)施例

[制備實(shí)施例]

將活性材料施加至尺寸為2cmx2cm的銅集電器箔上，然后通過(guò)對(duì)所施加的活性材料進(jìn)行干燥來(lái)制備在其上施加了活性材料的電極。

[實(shí)施例1]

如圖4所示，光纖激光器在如下激光條件下照射制備實(shí)施例的電極：波長(zhǎng)為1,060nm，脈沖寬度為100ns，脈沖能量為1mj(20w/20khz)，并且激光移動(dòng)速度為1,000mm/s，從而移除所述活性材料。同時(shí)，通過(guò)將激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um進(jìn)行試驗(yàn)。

[實(shí)施例2]

除激光條件為：波長(zhǎng)為1,060nm，脈沖寬度為50ns，脈沖能量為0.65mj(13w/20khz)，并且激光移動(dòng)速度為1,000mm/s之外，在與實(shí)施例1相同的條件下制造負(fù)極。同時(shí)，通過(guò)將激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um進(jìn)行試驗(yàn)。

[實(shí)施例3]

除激光條件為：波長(zhǎng)為1,060nm，脈沖寬度為20ns，脈沖能量為0.35mj(7w/20khz)，并且激光移動(dòng)速度為1,000mm/s之外，在與實(shí)施例1相同的條件下制造負(fù)極。同時(shí)，通過(guò)將激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um進(jìn)行試驗(yàn)。

[實(shí)施例4]

除激光條件為：波長(zhǎng)為1,060nm，脈沖寬度為10ns，脈沖能量為0.1mj(2w/20khz)，并且激光移動(dòng)速度為1,000mm/s之外，在與實(shí)施例1相同的條件下制造負(fù)極。同時(shí)，通過(guò)將激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um進(jìn)行試驗(yàn)。

[實(shí)施例5]

除激光條件為：波長(zhǎng)為1,060nm，脈沖寬度為7ns，脈沖能量為0.05mj(1w/20khz)，并且激光移動(dòng)速度為1,000mm/s之外，在與實(shí)施例1相同的條件下制造負(fù)極。同時(shí)，通過(guò)將激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um進(jìn)行試驗(yàn)。

[實(shí)施例6]

除激光條件為：波長(zhǎng)為1,060nm，脈沖寬度為7ns，脈沖能量為0.06mj(6w/100khz)，并且激光移動(dòng)速度為5,000mm/s之外，在與實(shí)施例1相同的條件下制造負(fù)極。同時(shí)，通過(guò)將激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um進(jìn)行試驗(yàn)。

[實(shí)施例7]

除激光條件為：波長(zhǎng)為1,060nm，脈沖寬度為7ns，脈沖能量為0.15mj(20w/300khz)，并且激光移動(dòng)速度為5,000mm/s之外，在與實(shí)施例1相同的條件下制造負(fù)極。同時(shí)，通過(guò)將激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um進(jìn)行試驗(yàn)。

試驗(yàn)實(shí)施例

對(duì)于實(shí)施例1至7中從其中移除活性材料的電極，使用光學(xué)顯微鏡(olympusbx51,olympusopticalco.,ltd.)捕獲表面，以實(shí)施例1至7的順序分別在圖6至圖12中示出所捕獲表面的圖像。

在實(shí)施例1的情形中，可以確認(rèn)隨著激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um，在重復(fù)次數(shù)為3次以?xún)?nèi)，活性材料已被完全移除，如圖6中所示。

在實(shí)施例2的情形中，可以確認(rèn)在激光間隔為20um時(shí)重復(fù)試驗(yàn)三次，在激光間隔為30um時(shí)重復(fù)試驗(yàn)四次，在激光間隔為40um時(shí)重復(fù)試驗(yàn)五次，可將活性材料完全移除，如圖7中所示。

在實(shí)施例3的情形中，可以確認(rèn)在激光間隔為20um時(shí)重復(fù)試驗(yàn)六次，在激光間隔為30um時(shí)重復(fù)試驗(yàn)七次，在激光間隔為40um時(shí)重復(fù)試驗(yàn)八次，可將活性材料完全移除，如圖8中所示。

在實(shí)施例4的情形中，可以確認(rèn)在激光間隔為20um時(shí)重復(fù)試驗(yàn)六次，在激光間隔為30um時(shí)重復(fù)試驗(yàn)八次，在激光間隔為40um時(shí)重復(fù)試驗(yàn)九次，可將活性材料完全移除，如圖9中所示。

在實(shí)施例5的情形中，可以確認(rèn)隨著激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um，只有當(dāng)試驗(yàn)重復(fù)30次或更多次時(shí)，活性材料被完全移除，如圖10中所示。

在實(shí)施例6的情形中，可以確認(rèn)隨著激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um，只有當(dāng)試驗(yàn)重復(fù)20次或更多次時(shí)，活性材料被完全移除，如圖11中所示。

在實(shí)施例7的情形中，可以確認(rèn)隨著激光間隔改變?yōu)?0um、30um和40um，只有當(dāng)試驗(yàn)重復(fù)8次或更多次時(shí)，活性材料被完全移除，如圖12中所示。