预锂化设备、生产负极电极单元的方法和负极电极单元与流程

本发明涉及一种预锂化设备、一种通过使用该预锂化设备生产负极电极单元的方法和一种负极电极单元，并且更具体地，本发明涉及一种能够提高负极电极单元的产量和质量的预锂化设备、一种通过使用该预锂化设备制造负极电极单元的方法和一种负极电极单元

背景技术：

近来，随着诸如移动电话、笔记本电脑、电动车辆等此类使用电池的电子设备的快速普及，对小型、轻质且具有相对高容量的二次电池的需求已经快速增加。

通常，二次电池包括：彼此间隔开的正极电极和负极电极；和布置在正极电极和负极电极之间并涂覆有电解质的分隔物。这种二次电池是这样的电池：在负极电极和正极电极之间填充电解质的状态下，当离子嵌入正极电极和负极电极中或从正极电极和负极电极脱嵌时，通过氧化和还原反应产生电能，负极电极和正极电极均具有活性材料层，离子能够嵌入该活性材料层中或从该活性材料层脱嵌。

二次电池的电极、即正极电极和负极电极均包括集电器和施加到集电器的活性材料层。通常，锂二次电池包括：由铝制成的第一集电器、形成在第一集电器上并且包含锂(诸如licoo2和limn2o4)的正极电极活性材料层、由铜制成的第二集电器、以及施加在第二集电器上并由碳基材料(例如石墨)制成的负极电极活性材料层。

在碳基负极电极活性材料层中，在初始的充电/放电过程(激活过程)期间，在负极电极活性层的表面上形成固体电解质界面(sei)层。结果，发生初始的不可逆现象，并且还由于在连续充电/放电过程中，在sei层塌陷和再生的同时，电解质耗尽，从而电池容量降低。

为了解决与碳基负极电极活性材料层相关联的容量降低问题，近年来，由于对高容量二次电池的需求增加，已经研发了将与碳基材料相比具有10倍或更高有效容量的氧化硅(sio)材料应用于负极电极活性材料层的技术。然而，由于大的初始不可逆反应，也依旧会出现诸如电池总容量降低和循环寿命降低的问题。

为了解决这些问题，正在积极地进行关于在由氧化硅基材料制成的负极电极活性材料层上尝试预锂化以将氧化硅基材料中存在的氧改变为氧化锂的方法的研究。根据该方法，可以减少氧化硅基材料的初始不可逆反应，从而改善寿命。

在负极电极活性材料层上进行预锂化的方法中，负极电极被冲切或切割成具有预定长度或预定面积，并且含锂薄板被布置成面对负极电极，然后电力被施加以将含锂薄板的锂离子掺杂到负极电极中。预锂化方法需要若干天，例如十天或更长时间，以在负极电极之上均匀地掺杂锂离子。

而且，如上所述，由于大面积负极电极被冲切或切割以形成多个负极电极，每个负极电极具有小于大面积负极电极的预定面积，并且该多个被冲切(或者切割)的负极电极被分别浸没在溶池中，以执行预锂化，因此需要很长时间在该多个电极上执行预锂化，由此劣化了产量。

(专利文献1)韩国专利公开no.2006-0056969

技术实现要素：

技术问题

本发明提供了一种能够减少负极电极单元的制造时间的预锂化设备和一种通过使用该预锂化设备生产负极电极单元的方法，所述预锂化设备包括预锂化过程。

本发明提供了一种能够提高预锂化负极电极单元的质量的预锂化设备、一种使用该预锂化设备生产负极电极单元的方法和一种负极电极单元。

技术方案

本发明提供了一种预锂化设备，所述预锂化设备对负极电极结构进行预锂化以生产电池的负极电极单元，所述负极电极结构的一个表面上布置有负极电极，所述预锂化设备包括：第一辊，在执行预锂化之前，所述第一辊能够旋转，以围绕所述第一辊缠绕所述负极电极结构，或者从所述第一辊展开所述负极电极结构；第二辊，所述第二辊被安装成与所述第一辊间隔开，并且能够旋转以围绕所述第二辊缠绕和收集在其上执行了预锂化的所述负极电极结构；和锂辊，所述锂辊沿着所述负极电极结构从所述第一辊转移到所述第二辊的方向延伸，并且被布置在所述第一辊和所述第二辊之间，以在所述负极电极结构从所述第一辊转移到所述第二辊的同时与所述负极电极结构的一个表面和背面中的至少一个接触，其中，所述锂辊包括：在所述锂辊的外周表面上的锂箔，用于对所述负极电极进行预锂化的锂膜形成在所述锂箔的外周表面上；和在所述锂箔的内侧的弹性部件，所述弹性部件具有弹性。

锂辊可以包括旋转体，所述旋转体能够随着所述负极电极结构被转移而旋转，所述弹性部件可以被安装成围绕所述旋转体的外周表面，并且所述锂箔可以被布置成围绕所述弹性部件的外周表面。

弹性部件可以包括硅垫。

锂箔可以包括沿着弹性部件的外周表面延伸以围绕弹性部件的外周表面的支撑件，并且锂膜可以被布置在该支撑件的整个一个表面上。

锂箔可以包括沿着弹性部件的外周表面延伸以围绕弹性部件的外周表面的支撑件，并且多个锂膜可以被非连续地布置在支撑件的一个表面上以构成图案。

多个锂膜中的每个锂膜可以具有与要生产的负极电极单元的表面面积对应的表面面积。

多个锂膜中的每个锂膜的表面面积可以小于要生产的负极电极单元的表面面积，并且多个非连续的锂膜可以在支撑件上被布置在与负极电极单元对应的单独区域上。

本发明提供了一种生产二次电池的负极电极单元的方法，该方法包括：负极电极结构转移过程，所述负极电极结构转移过程在一个方向上转移负极电极结构，在所述负极电极结构中形成有负极电极，使得电解质被设置在被形成为在一个方向上延伸的集电器上；负极电极预锂化过程，所述负极电极预锂化过程允许在转移所述负极电极结构的同时所述负极电极的至少一个表面与形成在锂辊的外周表面上的锂膜接触，以对所述负极电极结构的所述负极电极进行预锂化；和负极电极单元形成过程，所述负极电极单元形成过程对其上执行了所述负极电极的预锂化的所述负极电极结构进行切割，以生产多个负极电极单元，其中，在所述负极电极预锂化过程中，根据与所述锂膜接触的所述负极电极的一个表面的厚度，在所述锂辊的旋转轴线的方向上挤压被布置在所述锂辊内侧的弹性部件，以使在所述负极电极的所述至少一个表面和所述锂膜之间的间隙最小化。

在负极电极预锂化过程中，可以通过允许负极电极的至少一个表面与连续形成的锂膜形成接触来执行在负极电极的至少一个表面和锂膜之间的接触。

在锂膜接触过程中，连续形成的锂膜可以连续地形成在所述锂辊的外周表面上，所述锂辊被安装在所述负极电极结构沿其转移的路径上。

在负极电极预锂化过程中，预锂化区域可以在负极电极的一个表面上形成，该预锂化区域被图案化，以使得预锂化区域和非预锂化区域交替地重复。

形成图案化的预锂化区域可以被执行，使得在所述一个方向上转移的所述负极电极结构与所述锂辊相接触，以形成多个非连续的预锂化区域，所述锂辊上形成有所述多个锂膜，所述多个锂膜在所述锂辊的外周表面上被非连续地图案化。

多个预锂化区域中的每个预锂化区域可以具有与要生产的负极电极单元的表面面积相对应的表面面积。

多个锂膜中的每个锂膜可以具有比要生产的负极电极单元的表面面积小的表面面积，并且在负极电极结构中，可以形成预锂化区域的图案，使得预锂化区域和非预锂化区域在与要生产的负极电极单元相对应的单个区域内交替地重复若干次。

负极电极结构的负极电极可以由包括氧化硅(sio)的材料制成。

本发明提供了一种二次电池的负极电极单元，该负极电极单元包括：具有预定面积的集电器；和负极电极，所述负极电极通过在所述集电器的至少一个表面上涂覆氧化硅而形成，并且所述负极电极包含电解质，其中，负极电极的至少一个表面被非连续地预锂化，使得负极电极的预锂化区域和非预锂化区域交替地重复若干次。

负极电极可以由包括氧化硅(sio)的材料制成。

有益的效果

与相关技术相比，根据本发明实施例的预锂化设备可以用于减少对负极电极进行预锂化的过程时间，并且因此提高产量。

而且，锂辊可以包括弹性部件以在无间隙的情况下均匀地执行预锂化。

而且，负极电极结构可以被以图案化方式预锂化，以通过减少除了用作电池的负极电极单元的区域之外的区域的预锂化来减少在锂辊中消耗的锂的量。

而且，负极电极结构可以被以图案化方式预锂化以执行非连续的预锂化，从而防止电极在预锂化期间根据电极的厚度由于在特定位置处的过度预锂化而体积膨胀。

附图说明

图1是根据第一实施例的二次电池的概略概念图，该二次电池包括通过根据本发明第一实施例的方法预锂化的负极电极。

图2是包括通过根据本发明第二实施例的方法进行预锂化的负极电极的二次电池的概略概念图。

图3是根据本发明第一实施例的包括锂辊的预锂化设备的概念图。

图4是根据本发明第一实施例的锂辊的概略立体图。

图5是通过根据本发明第一实施例的锂辊进行预锂化的负极电极结构的视图。

图6a是示出不包括弹性部件的锂辊和在使用该锂辊的预锂化期间的状态的概略图。

图6b是示出包括弹性部件的锂辊和在使用该锂辊的预锂化期间的状态的概略图。

图7是通过根据第一实施例的修改例的预锂化设备预锂化的负极电极结构的视图。

图8是根据第一实施例的修改例的预锂化设备的概念图。

图9是根据本发明第二实施例的包括锂辊的预锂化设备的概视图。

图10是根据本发明第二实施例的锂辊的概略立体图。

图11是通过根据本发明第二实施例的锂辊预锂化的负极电极结构的视图。

图12是示出根据本发明第二实施例的在锂箔被安装在电气部件上之前的状态的概念俯视图。

图13是根据第二实施例的修改例的包括锂辊的预锂化设备的概念图。

图14是根据第二实施例的修改例的锂辊的概略立体图。

图15是通过根据第二实施例的修改例的锂辊预锂化的负极电极结构的视图。

图16是示出根据第二实施例的修改例的在锂箔被安装在电气部件上之前的状态的概念俯视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述实施例。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于在这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例而使本发明彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。在图中，相同的附图标记始终表示相同的元件。

本发明涉及一种能够减少电池容量的降低或提高容量的预锂化设备、一种通过使用该预锂化设备生产负极电极单元的方法和一种负极电极单元。而且，本发明涉及一种预锂化设备、一种通过使用该预锂化设备生产负极电极单元的方法和一种负极电极单元，所述预锂化设备能够对负极电极进行预锂化以提高容量，从而减少负极电极的生产时间，并提高产量。

图1是包括通过根据本发明第一实施例的方法进行预锂化的负极电极的二次电池的概略概念图。图2是包括通过根据本发明第二实施例的方法预锂化的负极电极的二次电池的概略概念图。更具体地，图2是包括通过根据第二实施例的修改例的方法预锂化的负极电极的二次电池的概略概念图。

首先，参考图1和图2，将描述包括预锂化负极电极的二次电池。在下文中，作为将在实施例中描述的二次电池的示例，将描述锂二次电池。

根据实施例的二次电池、即锂二次电池包括：彼此面对并彼此间隔开的第一集电器210和第二集电器110；在第一集电器210和第二集电器110之间彼此面对并且彼此间隔开的正极电极220和负极电极120；和布置在正极电极220和负极电极120之间的分隔物300。

第一集电器210具有预定的面积和厚度，并且由具有导电性而不会在相应的电池中引起化学变化的金属薄板(例如al薄板)制成。第一集电器210可以通过诸如溅射或通过电镀或化学镀(electrolessplating)这样的方法在导电支撑件的一个表面上沉积al薄膜来形成。除了al薄板之外，第一集电器210可以由各种材料形成，例如，ni、c、cu、sts(不锈钢)、ti、cr、mn、fe、co、zn、mo、w、ag和au中的至少一种。而且，根据实施例的第一集电器210可以具有3μm至500μm的厚度，但是不限于此。例如，根据要制造的二次电池的规格而具有各种厚度的薄板可以被用作第一集电器210。而且，第一集电器210具有非平坦表面，以提高与正极电极活性材料层的结合强度，并且以各种形式制造，诸如膜、片材、箔、网状多孔体、泡沫体和无纺布。

正极电极220可以被施加到第一集电器210的面对分隔物300的一个表面上或形成在第一集电器210的面对分隔物300的一个表面上，可以是包括能够可逆地嵌入或脱嵌锂离子的正极电极活性材料的层，并且可以被称为正极电极活性材料层。用作正极电极220的正极电极活性材料可以由licoo2、linio2、linicoo2、limn2o4、lifeo2、v2o5、v6o13、tis和mos中的至少一种形成。被形成为正极电极活性材料层的正极电极220可以通过在第一集电器210的面对分隔物300的一个表面上施加正极电极活性材料来形成，例如，正极电极220可以具有50μm至100μm的厚度。正极电极220的厚度不限于50μm至100μm的范围，因此根据要制造的二次电池的规格可以具有各种厚度。

分隔物300被布置在正极电极220和负极电极120之间。在二次电池中，防止了正极电极220和负极电极120彼此物理地形成接触，以防止由于电气短路而发生突然放电或防止二次电池因电气短路产生的热量而着火或爆炸。优选使用具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜作为分隔物300。例如，由具有耐化学性和疏水性的基于烯烃的聚合物诸如聚丙烯、玻璃纤维或聚乙烯形成的片材或无纺布可以被用作分隔物。而且，分隔物300通常可以具有5μm至300μm的厚度。

可以在分隔物300的内部或外部中的至少一个中设置或浸渍电解质。可以使用无机固体电解质、有机固体电解质、非水有机溶剂等作为电解质。当使用诸如聚合物的固体电解质作为电解质时，固体电解质也可以用作分隔物。

例如，无机固体电解质可以包括li基氮化物，诸如li3n、lii、li5ni2、li3n-lii-lioh、lisio4、lisio4-lii-lioh、li2sis3、li4sio4、li4sio4-lii-lioh和li3po4-li2s-sis2、卤化物或硫酸盐。

例如，有机固体电解质可以包括共聚物，该共聚物包括聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚搅拌赖氨酸、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯或离子崩解剂(ionicdisintegrator)。

例如，非水有机溶剂可以包括非质子有机溶剂，诸如n-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四羟基franc、2-甲基四氢呋喃、二甲基亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯。

第二集电器110可以具有预定的面积和尺寸，即具有预定的厚度，以提供柔性特性，并且由具有导电性而不会在相应的电池中引起化学变化的金属薄板诸如cu薄板制成。第二集电器110可以通过诸如溅射或通过电镀或化学镀这样的方法在导电支撑件的一个表面上沉积cu薄膜而形成。除了al薄板之外，第二集电器110可以由各种材料形成，例如，sts(不锈钢)、al、ni、ti、c、cr、mn、fe、co、zn、mo、w、ag和au中的至少一种。而且，根据实施例的第二集电器110可以具有3μm至500μm的厚度，但是不限于此。例如，根据要制造的二次电池的规格而具有各种厚度的薄板可以被用作第一集电器。

如上所述，第二集电器110可以具有预定厚度，以提供柔性特性，例如，金属薄板可以具有膜、片材或箔形。而且，第二集电器110可以具有柔性，并且可以以各种形式应用，诸如网状多孔体、泡沫体和无纺布。

负极电极120可以被施加到第二集电器110的面对分隔物300的一个表面上或者形成在第二集电器110的面对分隔物300的一个表面上，并且是包括能够在保持结构和电气性能的同时可逆地嵌入或脱嵌锂离子的负极电极活性材料的层。尽管在相关技术中使用碳基材料，但是在本发明的实施例中，将有效容量是碳基材料的十倍以上的氧化硅(sio)材料应用于负极电极活性材料层、即负极电极120，以提高电池的容量。负极电极120通过在第二集电器110的面对分隔物300的一个表面上施加负极电极活性材料而形成，例如，负极电极120可以具有50μm至100μm的厚度。负极电极的厚度不限于50μm至100μm的范围，因此根据要制造的二次电池的规格可以具有各种厚度。

此外，在负极电极120、即负极电极活性材料层中浸渍或设置包括锂离子(li+)的电解质。为此，在一个实施例中，可以将包括负极电极120的第二集电器110浸没或浸入含有包括锂离子(li⁺)的电解质盐的溶池中。这里，电解质盐可以包括lipf6、libf4、lisbf6、liasf5、liclo4、lin、lin(so2cf3)2、lin(so2c2f5)2、lic(so2cf3)2、lipf4(cf3)2、lipf3(c2f5)3、lipf3(cf3)3中的至少一种。

如上所述，第二集电器110和负极电极120的层叠结构可以具有几μm到几百μm的厚度，并且具有柔性特性。

通过应用由氧化硅(sio)材料制成的负极电极活性材料层来形成根据本发明实施例的负极电极120。在负极电极120包含电解质之后，通过根据实施例的下述方法对负极电极120进行预锂化。这里，预锂化是指如下反应或作用：形成负极电极120的负极电极活性材料、即氧化硅(sio)被还原以形成氧化锂。这里，从外部提供锂离子的单元的电压是0v，并且负极电极120本身具有预定电压，例如3v。因此，通过其电位差从外部供应的锂离子通过负极电极120的电解质被注入，并且作为负极电极活性材料的氧化硅(sio)与锂离子反应，以执行还原反应，从而形成氧化锂。

由于负极电极120或负极电极活性材料层被预锂化，以预先进行在初始充电期间发生的成膜反应，因此可以在不降低容量的情况下制造高容量二次电池，并且可以补偿随着循环次数的增加而发生的锂离子的消耗，以提高寿命。

如图1的第一实施例中所述，可以在负极电极的整个表面上执行负极电极120的预锂化，或者在如下图2和图11的第二实施例中所述，负极电极120被划分成多个区域，然后该多个区域的一部分被预锂化，而该多个区域的其余部分未被预锂化(下文中，被称为“非预锂化”)，使得该多个预锂化区域彼此间隔开。换句话说，负极电极120包括多个预锂化区域和其余的非预锂化区域，其中，多个预锂化区域彼此间隔开，非预锂化区域位于预锂化区域之间，使得多个预锂化区域形成预定图案。所述预锂化方法可以被称为具有图案化形状或预锂化图案的预锂化。

而且，在具有如上所述的图案化形状或预锂化图案的预锂化中，多个预锂化区域中的每个预锂化区域可以具有与将在要制造的二次电池(见图11)中使用的负极电极单元100的表面面积相等或对应的表面面积，或该多个预锂化区域中的每个预锂化区域可以具有明显小于要制造的负极电极单元100的表面面积的表面面积(见图2至15)。

在通过将负极电极活性材料施加到第二集电器110来形成负极电极120时，可能发生区域的厚度差异。而且，当在负极电极120的整个表面或大面积上执行预锂化时，电流充电可能集中到相对厚的部分中，因此，可能活跃或强烈地发生预锂化，从而由于在上述位置处形成大量氧化锂而引起体积膨胀。因此，活跃或强烈发生预锂化的区域和未活跃或强烈发生预锂化的区域的厚度的差异相对较大。当负极电极120和第二集电器110或负极电极120和分隔物300被层叠时，由于厚度偏差，负极电极120和分隔物300之间可能发生接触故障，因此，这可能对二次电池的性能具有不良影响。

因此，在本发明的一个实施例中，当负极电极120被预锂化时，负极电极120可以被预锂化为使得多个预锂化区域被形成为非连续的，从而防止或抑制在负极电极120的一部分或特定区域处相对大地或强烈地发生预锂化的现象。因此，可以减小预锂化负极电极的每个位置或区域的厚度偏差。在实施例中，当负极电极被预锂化以使得多个预锂化区域非连续时，多个预锂化区域中的每个预锂化区域可以具有400μm²或更小的表面面积，以更有效地减小厚度偏差。

在本发明的实施例中，大面积负极电极120可以以稍后所述的辊对辊方法进行预锂化，以减少负极电极120的预锂化时间，从而提高负极电极120和包括负极电极120的二次电池的产量。

在下文中，将描述根据实施例的预锂化设备和方法。这里，通过使用负极电极活性材料在第二集电器110上形成负极电极120的结构称为“负极电极结构(10)”。

图3是根据本发明第一实施例的包括锂辊的预锂化设备的概念图。图4是根据本发明第一实施例的锂辊的概略立体图。图5是通过根据本发明第一实施例的锂辊进行预锂化的负极电极结构的视图。图6a是示出不包括弹性部件的锂辊和在使用该锂辊的预锂化期间的状态的概略图，图6b是示出包括弹性部件的锂辊和在使用该锂辊的预锂化期间的状态的概略视图。

图7是通过根据第一实施例的修改例的预锂化设备进行预锂化的负极电极结构的视图。图8是根据第一实施例的修改例的预锂化设备的概念图。

图9是根据本发明第二实施例的包括锂辊的预锂化设备的概念图。图10是根据本发明第二实施例的锂辊的概略立体图。图11是通过根据本发明第二实施例的锂辊进行预锂化的负极电极结构的视图。图12是示出根据本发明第二实施例的在锂箔被安装在电气部件上之前的状态的概念俯视图。

图13是根据第二实施例的修改例的包括锂辊的预锂化设备的概念图。图14是根据第二实施例的修改例的锂辊的概略立体图。图15是通过根据第二实施例的修改例的锂辊进行预锂化的负极电极结构的视图。图16是示出根据第二实施例的修改例的在锂箔被安装在电气部件上之前的状态的概念俯视图。

参考图3，根据第一实施例的预锂化设备包括：第一辊1000a，在预锂化之前，负极电极结构10围绕第一辊1000a缠绕；第二辊1000b，第二辊1000b被布置成与第一辊1000a间隔开，以收集在其上执行了预锂化的负极电极结构10；和辊(下文中称为锂辊2000)，所述辊被布置在第一辊1000a和第二辊1000b之间，并被安装成：当从第一辊1000a展开的负极电极结构10被转移到第二辊1000b时，所述辊与负极电极120的一个表面形成接触，使得锂离子被提供给负极电极120；和支撑辊3000，所述支撑辊3000被布置成在面向负极电极结构10的背面的方向上面对锂辊2000。此外，尽管未示出，但是预锂化设备可以包括使第一辊1000a和第二辊1000b旋转的驱动单元。

负极电极结构10具有这样的构造：其中，包含电解质的负极电极120形成在大面积的第二集电器110上。负极电极结构10由第一辊1000a和第二辊1000b紧固或张紧，以用于预锂化。在执行预锂化之前的区域围绕第一辊1000a缠绕，并且在其上执行了预锂化的区域围绕第二辊1000b缠绕。

第一辊1000a可以被布置在锂辊2000的一侧上，并且是用于在执行预锂化之前等待负极电极结构10的辊。也就是说，具有预定长度的负极电极结构10可以围绕第一辊1000a缠绕，并且第一辊1000a可以旋转以展开负极电极结构10。

第二辊1000b可以被布置在锂辊2000的另一侧上，并且是用于收集在其上执行了预锂化的负极电极结构10的辊。也就是说，经由锂辊2000的负极电极结构10可以通过第二辊1000b的旋转而围绕第二辊1000b缠绕。

锂辊2000在面对负极电极结构10的一个表面的同时被布置在第一辊1000a和第二辊1000b之间(即，在负极电极结构10的移动路径上)，被安装并且构造成在预锂化期间与负极电极结构10的一个表面形成接触，。而且，当负极电极结构10从第一辊1000a转移到第二辊1000b时，由于负极电极结构10与锂辊2000的外周表面形成接触，因此，锂辊2000可以与负极电极结构10一起或同步地移动，以进行旋转。

如图3和4中所示，锂辊2000包括：在与负极电极结构10的移动方向相交叉或垂直的方向上延伸的旋转体2100；被安装成围绕旋转体2100的外周表面的弹性部件2200；和被安装成围绕弹性部件2200的外周表面并提供锂离子的锂箔2300。

旋转体2100具有预定直径和易于旋转的形状(即，圆形形状)的横截面。

弹性部件2200具有弹性力，以根据从外侧施加和释放的力而能够变形和恢复。弹性部件2200在与旋转体2100对应的方向上延伸，以围绕旋转体2100的外周表面。换句话说，弹性部件2200被制造成中空形状，并且旋转体2100被插入弹性部件2200的开口中。根据实施例的弹性部件2200被设置为硅垫，但不限于此。例如，弹性部件2200由能够被安装成围绕旋转体的外表面且具有弹性的材料(例如橡胶)制成，并且具有各种形状。

弹性部件2200可以在负极电极120的一个表面的整个区域上执行预锂化，而不存在间隙或空隙。

即，当在第二集电器110上形成负极电极活性材料层时，难以在整个区域上形成具有完全相同厚度的负极电极活性材料层。因此，可以根据其位置或区域而产生负极电极活性材料层或负极电极120的厚度差。换句话说，负极电极120可能被形成为对于其区域或位置而相对地突出。

然而，例如，如图6所示，当锂辊2000不包括弹性部件2200时，当负极电极结构10移动到锂辊2000的下侧时，仅是负极电极区域的被布置成对应于锂辊2000的下侧的一部分可能与锂箔2300形成接触，而其余部分可以不与锂箔2300形成接触。因此，可能出现其上未执行预锂化的区域。当如上所述连续地执行预锂化过程时，预锂化未在大面积的负极电极120上均匀地执行。

然而，如图6b中所示，在锂辊包括弹性部件2200的情况下，当负极电极结构10移动到锂辊2000的下侧时，对应于负极电极120的与锂辊2000的下侧对应的区域中的相对厚的区域的锂箔2300和弹性部件2200被压缩，以向内凹陷。因此，对应于锂辊2000的下侧的负极电极120的整个区域可以与锂箔2300形成接触，因此，可以在大面积的负极电极120上均匀地执行预锂化。

锂箔2300在与旋转体2100或弹性部件2200对应的方向上延伸，以围绕弹性部件2200的外周表面。可以通过在具有柔性薄板或薄膜形状的支撑件2310的一个表面上沉积、施加或涂覆锂膜2320而形成锂箔2300。在这种情况下，锂箔2300被安装在弹性部件2200上，使得锂膜2320被暴露于外侧。

根据第一实施例的锂箔2300具有这样的结构：其中，锂膜2320形成在支撑件2310的整个表面上。当锂箔2300被安装成围绕弹性部件2200的整个外周表面时，弹性部件2200的整个外周表面可以被锂膜2320围绕。而且，当通过使用其上形成有锂箔2300的锂辊2000对负极电极120进行预锂化时，如图5中所示，负极电极120的整个的一个表面被预锂化。

如图5中所示，在负极电极结构10的负极电极120上的预锂化中，负极电极120仅形成在第二集电器110的该一个表面和背表面中的一个表面上，因此，负极电极120的该一个表面被预锂化。

然而，这不限于此。如在根据图7的第一实施例的负极电极的修改例中所述，负极电极120可以形成在构成负极电极结构10的第二集电器110的该一个表面和背面上，并且所有两个负极电极120可以被预锂化。

为此，如图8的修改例中所述，在根据第一实施例的预锂化设备中，支撑辊3000可以被改变成锂辊。

而且，根据上述第一实施例，在沿一个方向延伸的负极电极结构10的负极电极120中，从预锂化的起始点到结束部分，连续地执行预锂化(见图5)。而且，为此，如图3和4中所示，在支撑件2310的整个的一个表面上使用其上形成有锂膜2320的锂辊。

然而，可以以不限于上述第一实施例的方式对负极电极120进行预锂化。也就是说，不是从负极电极120的预锂化的起始点到结束点连续地执行预锂化，而是非连续地执行预锂化。

例如，根据图11的第二实施例，在负极电极结构10的负极电极120的预锂化中，可以非连续地执行预锂化。换句话说，预锂化过程在其上结束的大面积负极电极120可以包括多个预锂化区域，并且预锂化区域可以被布置成：非预锂化区域位于预锂化区域之间，从而预锂化区域彼此间隔开。换句话说，预锂化过程在其上结束的大面积负极电极结构10可以被图案化，以使多个预锂化区域彼此间隔开。

这里，多个预锂化区域中的每个预锂化区域可以具有与将在要制造的二次电池中使用的负极电极单元100相同或对应的表面区域。此后，如果具有图案化结构的预锂化结束，则当沿着预锂化区域切割负极电极结构时(见图11中的c)，提供多个根据第一实施例的负极电极单元100，如图1所示。

如上所述，为了通过如图11的第二实施例所述的用于图案化负极电极结构10的方法来执行预锂化，制备了如图9、10和12的第二实施例所述的被图案化的锂箔2300。即，在根据第二实施例的锂辊2000中，锂膜2320未形成在支撑件2310的整个一个表面上，而是在支撑件2310上形成多个具有与要生产的负极电极单元100的表面面积相似或相同的表面面积的锂膜2320，使得多个锂膜2320在一个方向上彼此间隔开。

这里，多个锂膜2320中的每个锂膜的表面面积可以小于要生产的负极电极单元100的表面面积。这是因为，由于彼此接触的负极电极120的一个表面和锂辊2000的锂膜2320之间的电位差，在注入锂离子时，锂离子发生扩散。

根据如上所述的锂辊2000，当负极电极结构10穿过锂辊2000和支撑辊3000之间时，负极电极120的一个表面与锂膜2320的预定区域之间的接触和负极电极120的一个表面与锂膜2320的预定区域之间的非接触被交替地重复多次。因此，如图11中所示，当在大面积的负极电极120上非连续地执行预锂化时，负极电极120可以以图案形状来进行预锂化。当负极电极结构10的预锂化结束时，相对于预锂化区域执行切割(见图11中的c)，因此，如在第一实施例中所述，负极电极单元100被设置成多个。

当负极电极结构10被预锂化时，将预锂化执行为图案结构，使得在用作二次电池的负极电极单元100的区域上执行预锂化。因此，当实际制造二次电池时，由于不用作负极电极120的区域未被预锂化，因此可以减少用于在锂箔2300上形成锂膜230的锂材料的消耗。

在上述第二实施例中，通过图案化方法来执行预锂化，使得多个预锂化区域彼此间隔开，并且预锂化区域被图案化，以具有对应于要生产的负极电极单元的面积或者具有与其相同的表面面积。

然而，本发明不限于此。例如，以图案形状来执行预锂化，即，负极电极单元100的负极电极120可以被图案化，以被划分为多个预锂化区域。也就是说，负极电极120可以具有多个预锂化区域和多个非预锂化区域，并且类似于根据图5的第二实施例的修改例的负极电极结构10，多个预锂化区域中的每个预锂化区域可以具有显著小于要生产的负极电极单元100的表面面积的表面面积，例如，具有400μm²或更小的表面面积。

因此，如图15中所示，当预锂化在其上结束的负极电极结构10被切割成具有与要生产的负极电极单元相同的面积时(见图15中的c)，多个负极电极单元100中的每个负极电极单元的负极电极120可以形成为具有多个预锂化区域，每个预锂化区域具有400μm²或更小的表面。

如上所述，负极电极结构10的预锂化被执行为形成图案，在锂辊2000和负极电极120之间的接触期间，由于负极电极120的相对厚度差异，电流充电可能集中到负极电极120的一部分或特定区域中，以防止或减少相对大地或集中地发生预锂化的现象，因此，可以防止由于部分区域的体积膨胀导致的厚度偏差和性能劣化。

如图15中所示，通过如图15的第二实施例中所述的用于图案化负极电极结构14的方法来执行预锂化，制备了如图13、14和16中所示地图案化的锂箔2300。也就是说，在支撑件2310的一个表面上非连续地形成多个锂膜2320。这里，每个锂膜的表面面积可以显著小于根据第二实施例的锂膜2320的表面面积，并且多个锂膜可以形成在与要在支撑件2310上生产的负极电极单元100相对应的区域上。这里，一个锂膜可以具有400μm²或更小的表面面积。

根据如上所述的锂辊2000，当负极电极结构10穿过锂辊2000和支撑辊3000之间时，负极电极120的一个表面与预定长度的锂膜2320之间的接触和负极电极120的一个表面与预定长度的锂膜2320之间的非接触被交替地重复多次。因此，如图15中所示，由于在大面积负极电极120上非连续地执行预锂化，所以负极电极120可以以图案形状来进行预锂化。当负极电极结构10的预锂化结束时，根据要制造的二次电池100的负极电极单元的表面面积执行切割(见图15中的c)，并且被切割划分的多个负极电极单元100中的每个负极电极单元包括多个预锂化区域。

如上所述，当执行预锂化时，由于负极电极120的相对厚度差异，电流充电可以被集中到负极电极120的一部分或特定区域中，以防止或减少相对大地或集中地发生预锂化的现象，因此，可以防止由于部分区域的体积膨胀导致的性能劣化。

在下文中，将参考表格1描述根据第一至第十实验例的负极电极的厚度偏差。

表格1示出了连续预锂化期间、非连续预锂化期间和根据非连续预锂化期间一个预锂化区域的表面面积的负极电极的厚度偏差。在下文中，在非连续预锂化期间被预锂化的多个锂化区域的“一个锂化区域”被称为“图案”。

对于这些实验，负极电极活性材料被施加到由铜制成的集电器(即第二集电器)，然后被干燥并卷绕。这里，负极电极活性材料可以是包含石墨和sio的混合物，并且基于重量的石墨：sio的混合比可以是3：5(石墨：sio＝3：5)。

在负极电极活性材料被施加到集电器之后，在负极电极活性层上执行预锂化。

这里，在第一至第九实验例中，非连续地执行预锂化，以形成多个预锂化区域和多个其余的非预锂化区域，并且在第十实验例中，连续地执行预锂化。

而且，在第一至第九实验例中，当非连续地执行预锂化时，图案的面积彼此不同，并且每个图案具有正方形形状。此后，测量被预锂化的负极电极的每个区域或位置的厚度，以计算最大厚度和最小厚度之间的偏差。

【表格1】

参考表格1，可以看出，非连续执行预锂化的第一至第九实验例的厚度偏差小于连续执行预锂化的第十实验例的厚度偏差。因此，可以看出，当非连续地执行预锂化时，防止了在特定位置处过度发生预锂化以扩大体积的现象。

而且，当与非连续执行预锂化的第一至第九实验例相比较时，如果如在第一至第四实验例中描述地那样，图案表面面积小于400μm²，则厚度偏差小于2.5μm，并且由于表面面积的增加导致的厚度偏差的增加较小。然而，如在第五至第九实验例中描述地，可以看出，当图案表面面积超过400μm²时，厚度偏差超过3μm，由于表面面积的增加导致的厚度偏差的增加大于第一至第四个实验例的厚度偏差的增加。这是因为，当图案表面面积超过400μm²时，在预锂化期间离子或电流充电集中到特定位置或区域中的程度较高。

因此，可以看出，当在非连续预锂化期间图案的表面面积小于400μm²时，可以有效地防止离子或电流充电被集中到电极的特定位置或区域中的现象，以形成更均匀的厚度。

在下文中，将参考图3至5和6b描述根据本发明第一实施例的预锂化设备的操作和使用该预锂化设备的预锂化方法。

首先，制备大面积的负极电极结构10，负极电极结构10具有在第二集电器110上形成的负极电极120。而且，负极电极结构10的一端被布置成对应于第一辊1000a，并且另一端被布置成对应于第二辊1000b，并且第二集电器110在第一辊1000a和第二辊1000b之间张紧。这里，包括其一端的负极电极结构10的大部分围绕第一辊1000a缠绕，并且包括其另一端的其余部分围绕第二辊1000b缠绕。此外，包括围绕第二辊1000b缠绕的区域或另一端的负极电极结构10的前部区域可以是在其上最初不执行预锂化的区域或者不在其上形成负极电极活性层的剩余区域。

而且，第一辊1000a和第二辊1000b中的每一个旋转，以允许围绕第一辊1000a缠绕的负极电极结构10向锂辊2000和第二辊1000b所布置的方向移动。也就是说，从第一辊1000a展开的负极电极结构10可以穿过锂辊2000和支撑辊3000之间，然后在围绕第二辊1000b缠绕的同时被回收。

当负极电极结构10穿过锂辊2000和支撑辊3000之间时，负极电极结构10的一个表面、即负极电极120的一个表面与锂箔2300相接触，并且负极电极结构10的背面与支撑辊相接触。这里，由于负极电极结构10的负极电极具有预定电压，例如3v的电压，并且锂箔具有0v的电压，所以由于它们之间的电位差，锂箔的锂离子被注入负极电极中，以与氧化硅的氧反应，从而进行预锂化，以形成氧化锂。

这里，由于负极电极结构10在移动的同时与锂辊2000和支撑辊3000相接触，并且压力被施加到锂辊2000和支撑辊3000，所以稳定地发生预锂化，并且当与未施加压力的情况相比时，提高了预锂化率。

而且，由于根据实施例的锂辊2000包括位于旋转体和锂箔2300之间的弹性部件2200，所以即使负极电极120具有稍微不均匀的厚度，或者负极电极120的预定位置突出，也可以在没有间隙或空置的情况下执行预锂化。也就是说，如图6b中所示，对应于负极电极120的区域的具有相对较厚厚度区域(对应于锂辊2000的下侧)的锂箔和弹性部件2200被压缩，以向内凹陷。因此，对应于锂辊2000的下侧的负极电极120的整个区域可以与锂箔2300相接触，因此，可以在大面积负极电极上均匀地执行预锂化。

如上所述，如图1至5中所示，根据第一实施例的锂辊2000或锂箔2300的形状，在负极电极的整个区域上进行预锂化。此后，当负极电极结构10被切割成预定面积时(见图5中的c)，提供多个负极电极单元100，并且每个负极电极单元100被层叠在分隔物300和正极电极单元200上，以制造二次电池。

工业实用性

根据本发明实施例的预锂化设备，当与相关技术相比时，可以减少用于对负极电极进行预锂化的处理时间，因此可以提高产量。而且，锂辊可以包括弹性部件，以彻底地均匀进行锂化。而且，负极电极结构可以以图案化方式进行预锂化，并且通过减少除了用作电池的负极电极单元的区域之外的区域的预锂化来减少锂辊中消耗的锂量。