电极制造装置、电极制造方法以及二次电池用电极与流程

[]本技术要求于2022年2月14日提交的韩国专利申请10-2022-0018630号和于2023年2月6日提交的韩国专利申请10-2023-0015470号的优先权的权益，该韩国专利申请中公开的全部内容并入作为本说明书的一部分。本发明涉及抑制活性材料层中的粘合剂和导电剂迁移的电极制造装置、电极制造方法和使用其制造的二次电池用电极。

背景技术：

0、[背景技术]

1、随着移动设备技术的发展和对这类移动设备的需求增加，对二次电池的需求也迅速增加。在二次电池中，锂二次电池具有较高的能量密度和工作电压以及优异的存储特性和寿命特性，因此被广泛用作各类电子产品以及各类移动设备的能源。

2、另外，二次电池作为电动车辆、混合动力电动车辆等的能源已经引起了关注，这些车辆是作为解决现有使用化石燃料的汽油车辆和柴油车辆的空气污染等的方案而提出的。为了用作电动车辆的能源，需要高功率电池。

3、二次电池，特别是袋型二次电池，包括具有正极、负极以及正极和负极之间的隔膜的电极组件。正极和负极具有在集流体上形成活性材料层的结构。具体而言，将电极浆料涂覆到集流体上，然后通过干燥过程制造电极。

4、活性材料层是通过将包含分散在溶剂中的活性材料颗粒、粘合剂和导电剂的电极浆料涂覆到集流体并干燥而形成的。或者，活性材料层是通过将电极浆料涂覆到单独的载体上并进行干燥，然后将从载体剥离的膜层叠到集流体上而形成的。

5、在构成活性材料层的成分中，导电剂用于赋予导电性而不引起活性材料层的化学变化。此外，粘合剂在活性材料或导电材料颗粒之间以及活性材料和集流体之间起固定和连接的作用，从而极大地影响电极的性能。

6、图1示出了现有技术的二次电池用负极的干燥过程。具体地，图1示出了具有活性材料层的电极片在沿着输送线水平移动的过程中随着时间的推移而干燥的过程。参照图1，(a)示出了在将负极浆料涂覆到作为集流体的铜箔上之后即刻的成分分布，(b)示出了干燥期间的电极状态，(c)示出了干燥后的电极状态。参照(a)，负极浆料包含作为负极活性材料的碳成分(c)、作为导电剂的碳纳米管(cnt)、作为第一粘合剂成分的丁苯橡胶(sbr)、作为第二粘合剂成分的羧甲基纤维素(cmc)和作为溶剂的水(h2o)。参照(a)中的下图，每种成分沿着粘合剂层的高度以均一的浓度分散。参照(b)，在干燥过程中，随着溶剂水(h2o)的蒸发，活性材料层的高度降低。同时，负极活性材料(c)、导电剂(cnt)和粘合剂(sbr、cmc)成分的浓度向上方增加。此外，参照(c)，在干燥完成时，粘合剂(sbr、cmc)和导电剂(cnt)成分集中并向上方分散。

7、在电极干燥过程期间，溶剂水(h2o)蒸发，导致相对较低百分比的粘合剂(sbr、cmc)和导电剂(cnt)的流动性。这导致粘合剂迁移，其中粘合剂向活性材料层的上方集中。这种粘合剂的迁移降低了集流体和活性材料层之间的结合强度，阻碍了锂离子的运动。

8、因此，需要一种在不破坏电极制造的工艺效率的情况下有效抑制电极干燥过程期间粘合剂的迁移的技术。

技术实现思路

0、[
技术实现要素：
]

1、[技术问题]

2、本发明旨在解决上述问题，并寻求提供一种有效抑制电极干燥过程中粘合剂迁移现象的电极制造装置、电极制造方法以及使用其制造的二次电池用电极。

3、[技术方案]

4、本发明提供一种电极制造装置。在一个示例性的实施方式中，本发明的电极制造装置包括：

5、通过装载在集流体材料上形成有活性材料层的电极片而行进的输送线；

6、用于加热由所述输送线移动的电极片的干燥炉；以及

7、用于驱动所述输送线的辊。

8、所述活性材料层包含电极活性材料、导电剂和粘合剂，其中，所述导电剂是与磁性材料结合的碳材料，并且

9、所述辊中的至少一个是包含磁体的辊。

10、在一个具体的示例性实施方式中，包含磁体的辊位于位于输送线上具有活性材料层的电极片被装载并行进的起点与电极片经过干燥炉离开的点之间。

11、在一个更具体的示例性的实施方式中，包含磁体的辊位于电极片穿过干燥炉的区间内。

12、在一个示例性的实施方式中，磁体包括永磁体和电磁体中的至少一种。

13、例如，永磁体包括钕磁体(ne-fe-b)、钐钴磁体(sm-co)、铝镍钴磁体(fe-al-ni-co)和铁氧体磁体中的至少一种。

14、在一个具体的示例性的实施方式中，磁体形成的磁场强度为1,000g至100,000g。

15、在一个示例性的实施方式中，包含磁体的辊包括设置在辊的内部中空处的磁体。

16、在另一示例性的实施方式中，干燥炉通过以下一种或多种方式加热电极片：热风干燥、加热线圈干燥和感应加热干燥。

17、此外，本发明还提供一种使用上述电极干燥装置的电极制造方法。

18、在一个示例性的实施方式中，本发明的电极制造方法包括：

19、输送步骤，其中在集流体材料上形成有活性材料层的电极片被装载在由辊驱动的输送线上并在其上输送；和

20、干燥步骤，其中所述电极片在位于所述输送线的移动路径上的干燥炉中进行加热。

21、所述活性材料层包含电极活性材料、导电剂和粘合剂，其中，所述导电剂是与磁性材料结合的碳材料。另外，所述辊中的至少一个是包含磁体的辊。

22、在一个示例性的实施方式中，经过上述干燥步骤的电极片中的导电剂和粘合剂的含量满足下式1。

23、[式1]

24、0.85≤btop/bbottom≤1.15

25、在式1中，

26、btop表示相对于所述活性材料层的厚度方向在向上的方向上的50％区域内包含的导电剂和粘合剂的合并含量(按重量计)，

27、bbottom表示相对于所述活性材料层的厚度方向在向下的方向上的50％区域内包含的导电剂和粘合剂的合并含量(按重量计)。

28、在另一示例性的实施方式中，输送步骤包括电极片穿过由包含磁体的辊形成的磁场区域的过程。

29、在一个具体的示例性实施方式中，干燥步骤在电极片穿过由磁体形成的磁场范围内的条件下进行。

30、例如，所述电极片的由包含磁体的辊形成的磁场强度为1,000g至100,000g。

31、此外，本发明提供了使用上述电极制造装置或电极制造方法制造的电极。例如，电极是二次电池用电极。

32、在一个示例性的实施方式中，本发明的二次电池用电极包括：电极集流体；以及在所述集流体上形成的包含电极活性材料、导电剂和粘合剂的活性材料层。另外，所述导电剂是与磁性材料结合的碳材料。

33、此处，构成活性材料层的导电剂和粘合剂的含量满足下式1。

34、[式1]

35、0.85≤btop/bbottom≤1.15

36、在式1中，

37、btop表示相对于所述活性材料层的厚度方向在向上的方向上的50％区域内包含的导电剂和粘合剂的合并含量(按重量计)，

38、bbottom表示相对于所述活性材料层的厚度方向在向下的方向上的50％区域内包含的导电剂和粘合剂的合并含量(按重量计)。

39、例如，导电剂包括结合到磁性材料上的碳纳米管(cnt)。

40、作为另一实例，磁性材料包括以下一种或多种：铁(fe)、镍(ni)、铂(pt)、钌(ru)、铑(rh)、钼(mo)、锇(os)、铱(ir)、铼(re)、钯(pd)、钒(v)、钨(w)、钴(co)、硒(se)、铋(bi)、锡(sn)、铬(cr)、钛(ti)、金(au)、铈(ce)、银(ag)和铜(cu)。

41、[有益效果]

42、本发明的电极制造装置和电极制造方法通过在驱动输送线的辊中包含磁体以抑制电极中粘合剂和导电剂成分的迁移。