專(zhuān)利名稱(chēng)：以縱向折疊方式制備的電極組件及使用其的電化學(xué)電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及縱向折疊型電極組件及包含其的電化學(xué)電池，尤其涉 及通過(guò)連續(xù)分隔膜折疊的多個(gè)單元電池，其中所述單元電池排列在分 隔膜上，使所述單元電池的電極分接頭彼此面對(duì)，所述分隔膜具有對(duì) 應(yīng)至所述單元電池電極分接頭的開(kāi)口，并且通過(guò)在分隔膜縱長(zhǎng)(長(zhǎng)度) 方向折疊單元電池來(lái)制造電極組件，同時(shí)放置單元電池使其電極分接 頭插入對(duì)應(yīng)的開(kāi)口，以及包含所述電極組件的電化學(xué)電池，如二次電 池。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)設(shè)備日益發(fā)展，以及對(duì)于這種移動(dòng)設(shè)備的需求增加，對(duì) 于作為移動(dòng)設(shè)備能源的二次電池的需求也急速增加。它們中，具備高 能量密度與高電壓、長(zhǎng)的使用壽命以及低自放電率的鋰二次電池已經(jīng) 商業(yè)化并被廣泛使用。
基于電極與電解質(zhì)的構(gòu)造，鋰二次電池可分為鋰離子電池、鋰離 子聚合物電池或鋰聚合物電池。它們中，鋰離子聚合物電池已廣為使 用，因?yàn)殇囯x子聚合物電池電解質(zhì)泄漏的可能性很低并且容易制造。
具有陰極/隔板/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)并構(gòu)成二次電池的電極組件， 一般可基于
電極組件的結(jié)構(gòu)分為果凍巻(jelly-roll)(巻繞(winding))型電極組 件或堆疊型電極組件。果凍巻型電極組件的制作方式為將用作集流 體的金屬箔涂抹電極活性材料，干燥并壓制該涂抹的金屬箔，將該干 燥并壓制的金屬箔裁切成具有預(yù)定寬度及長(zhǎng)度的長(zhǎng)條型，使用隔板將 陰極與陽(yáng)極隔開(kāi)并且?guī)喞@陽(yáng)極/隔板/陰極結(jié)構(gòu)。果凍巻型電極組件適合 用于圓柱型電池，然而，果凍巻型電極組件不適用于棱柱型電池或袋型電池，因?yàn)殡姌O活性材料可能會(huì)分離且空間利用率低。另一方面， 堆疊型電極組件是這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成的組件，多個(gè)陰極與陽(yáng)極單元 彼此依序堆疊。堆疊型電極組件具有一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)是其可建構(gòu)為棱柱型結(jié) 構(gòu)；不過(guò)，堆疊型電極組件具有制造堆疊型電極組件的工序復(fù)雜以及 麻煩的缺點(diǎn)，以及當(dāng)外力撞擊到堆疊型電極組件時(shí)，堆疊型電極組件 的電極受到推擠而導(dǎo)致堆疊型電極組件中發(fā)生短路。
為了解決上述問(wèn)題，已經(jīng)發(fā)展出一種具有新穎結(jié)構(gòu)的電極組件， 其是果凍巻型電極組件與堆疊型電極組件的結(jié)合，即電極組件由這樣 結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成，使用長(zhǎng)的連續(xù)分隔膜來(lái)折疊的具有預(yù)定單元尺寸的陰 極/隔板/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的全電池，或具有陰極(陽(yáng)極)/隔板/陽(yáng)極(陰極)/ 隔板/陰極(陽(yáng)極)結(jié)構(gòu)的雙電池的結(jié)構(gòu)。這種電極組件的實(shí)例公開(kāi)于 韓國(guó)未審査專(zhuān)利公告第2001-82058號(hào)、第2001-82059號(hào)以及第 2001-82060號(hào)內(nèi)，其同樣以本專(zhuān)利申請(qǐng)申請(qǐng)人的名義提出申請(qǐng)。以下， 具有上述結(jié)構(gòu)的電極組件將稱(chēng)為混合型電極組件。
具有固定在電池外殼內(nèi)的上述堆疊型或混合型電極組件的二次電 池可構(gòu)建成許多形狀。所述二次電池有代表性實(shí)例可以是具有鋁層壓 板制成的袋形外殼的鋰離子聚合物電池(LiPB)。
鋰離子聚合物電池由這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成，通過(guò)熱焊接電極(陰 極與陽(yáng)極)和隔板制成的電極組件被電解質(zhì)浸漬。通常，鋰離子聚合 物電池由這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成，堆疊型或混合型電極組件放置在密封 態(tài)的鋁層壓板制成的袋形外殼內(nèi)。因此，鋰離子聚合物電池通常稱(chēng)為 袋形電池。
圖1和圖2代表性地說(shuō)明包含堆疊型電極組件的有代表性的鋰離 子聚合物電池的一般結(jié)構(gòu)。
參考這些附圖，鋰離子聚合物電池100由這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成，包含陰極、陽(yáng)極和位于所述陰極與所述陽(yáng)極之間的隔板的電極組件300
放置在袋形電池外殼200內(nèi)，電極組件300的陰極和陽(yáng)極分接頭310 和320分別焊接至兩個(gè)電極導(dǎo)線400和410，以及電極組件300密封在 電池外殼200內(nèi)，而電極導(dǎo)線400和410暴露于電池外殼200的外側(cè)。
電池外殼200由柔性包覆材料制成，如鋁層壓板。電池外殼200 包含具有用來(lái)接受電極組件300的中空接受部分230的外殼本體210， 以及一端與外殼本體210相連的蓋板220。
鋰離子聚合物電池100的電極組件300可由前述的果凍巻型結(jié)構(gòu) 加上圖1內(nèi)的堆疊型結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成。堆疊型電極組件300由這樣的結(jié) 構(gòu)構(gòu)建而成，陰極分接頭310和陽(yáng)極分接頭320分別焊接至電極導(dǎo)線 400和410，并且將絕緣膜500附接至電極導(dǎo)線400和410的上下表面， 來(lái)確保電極導(dǎo)線400和410與電池外殼200之間的電絕緣和密封。
當(dāng)如鋰離子聚合物電池這類(lèi)鋰二次電池暴露在高溫下，或當(dāng)由于 過(guò)度放電、外部短路、釘穿刺、局部擠壓或掉落造成短路而在短時(shí)間 內(nèi)流過(guò)大量電流時(shí)，電池會(huì)因?yàn)榧t外熱生成而受熱，導(dǎo)致電池可能起 火或爆炸。隨著電池的溫度上升，電解質(zhì)與電極之間的反應(yīng)會(huì)加速。 結(jié)果，產(chǎn)生反應(yīng)熱，并因此電池的溫度進(jìn)一步上升，這加速了電解質(zhì) 與電極之間的反應(yīng)。結(jié)果，電池的溫度會(huì)急劇上升，并因此電解質(zhì)與 所述電極之間的反應(yīng)就會(huì)加速。此惡性循環(huán)造成電池的溫度急劇上升 的熱失控現(xiàn)象。當(dāng)電池的溫度增加至預(yù)定的溫度水平，電池可能起火。 另外，由于電解質(zhì)與電極之間的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生氣體，因此電池的內(nèi)部壓 力會(huì)增加。當(dāng)電池的內(nèi)部壓力增加至預(yù)定的壓力水平，鋰二次電池就 會(huì)爆炸。這種鋰二次電池起火或爆炸的可能性為鋰二次電池最致命的 缺點(diǎn)。
尤其是，鋰離子聚合物電池的電池外殼是由具有低強(qiáng)度的柔性包 覆材料制成。結(jié)果，當(dāng)電池外殼掉落或?qū)﹄姵赝鈿な┘油饬ψ矒魰r(shí)，鋰離子聚合物電池的電池外殼就容易變形。如圖2所示，在電池外殼
200內(nèi)電極組件300上端提供空間230a，使得電極組件的電極分接頭在 空間230a內(nèi)通過(guò)焊接連接至電極導(dǎo)線400和410。因此，當(dāng)因?yàn)殡姵?掉落而在電池上端施加外力撞擊時(shí)，電極組件300會(huì)朝上端空間230a 移動(dòng)，因此，電極導(dǎo)線400和410會(huì)與電極組件300的上端或緊外側(cè) 電極接觸，結(jié)果可能發(fā)生內(nèi)部短路。在使用電池期間經(jīng)常會(huì)發(fā)生電池 掉落的情況。因此，非常需要一種能夠更有效地確保電池安全性的技 術(shù)。
某些常規(guī)技術(shù)提出一種將膠帶粘貼到電極組件預(yù)定位置上的方 法，以及一種用外來(lái)物質(zhì)填充電有組件上部空間的方法，以避免因電 極組件的移動(dòng)而造成內(nèi)部短路。不過(guò)，這些方法都具有膠帶以及外來(lái) 材料會(huì)與電解質(zhì)起化學(xué)反應(yīng)的問(wèn)題，因而降低電池性能。
除了上述安全相關(guān)問(wèn)題外，在制造電池期間還會(huì)導(dǎo)致的問(wèn)題之一 就是電解質(zhì)對(duì)電極的浸漬，即潤(rùn)濕性。
例如，鋰二次電池使用如鋰鈷氧化物(LiCo02)這類(lèi)金屬氧化物 作為陰極活性材料，并使用碳作為陽(yáng)極活性材料。聚烯烴基多孔隔板 放置在陽(yáng)極與陰極之間，并且將包含如六氟磷酸鋰(LiPF6)這類(lèi)鋰鹽 的非水電解質(zhì)注入鋰二次電池內(nèi)。以此方式來(lái)制造鋰二次電池。在鋰 二次電池的充電期間，鋰離子從陰極活性材料中釋出，然后嵌入陽(yáng)極 的碳層內(nèi)。另一方面，在鋰二次電池放電期間，將鋰離子從陽(yáng)極的碳 層內(nèi)釋出，然后嵌入陰極活性材料中。此時(shí)，非水電解質(zhì)充當(dāng)在陽(yáng)極 與陰極之間移動(dòng)的鋰離子的介質(zhì)。鋰二次電池需要在電池的操作電壓 范圍內(nèi)基本穩(wěn)定，并具有以充分高速轉(zhuǎn)移離子的性能。
非水電解質(zhì)會(huì)在制造鋰二次電池的最后階段注入電池內(nèi)。同時(shí)， 電解質(zhì)必須迅速地且完全地潤(rùn)濕電極，以便減少制造電池的必要時(shí)間 并將電池性能最佳化。如碳酸亞乙酯、碳酸二乙酯或2-甲基四氫呋喃這些非質(zhì)子有機(jī)溶 劑主要用作鋰二次電池的非水電解質(zhì)。這些電解質(zhì)是為極性溶劑，其 具有足以有效地溶解與分離電解質(zhì)鹽的極性，同時(shí)，非質(zhì)子溶劑不具 有活潑氫。由于電解質(zhì)內(nèi)廣泛的交互作用，這類(lèi)電解質(zhì)具有高的粘度 和表面張力。因此，鋰二次電池的非水電解質(zhì)對(duì)于包含聚四氟乙烯及 聚偏氟乙烯粘合劑的電極材料具有低親和力，結(jié)果，該非水電解質(zhì)不 容易潤(rùn)濕該電極材料。這是無(wú)效地增加制造電池所需時(shí)間的一個(gè)主要 因素。
當(dāng)執(zhí)行電池的活化操作而電解質(zhì)卻尚未有效地潤(rùn)濕所述電極時(shí)，
在陽(yáng)極上就不會(huì)適當(dāng)?shù)匦纬晒腆w電解質(zhì)中間相(SEI)膜，因此會(huì)縮短 電池的使用壽命。
為此，在注入電解質(zhì)后執(zhí)行另外的步驟，例如老化，用于使陽(yáng)極 保持濕潤(rùn)的狀態(tài)，以使電解質(zhì)可充分潤(rùn)濕陽(yáng)極，或執(zhí)行特殊的步驟， 對(duì)電極施加真空或壓力，以便加速電解質(zhì)潤(rùn)濕電極。
如上述所構(gòu)建的混合型電極組件具有許多優(yōu)點(diǎn)；然而，混合型電 極組件也具有缺點(diǎn)，就是分隔膜覆蓋了所述電極的側(cè)邊，因而電解質(zhì) 僅接觸到所述電極的上和下端。 一般而言，電極的側(cè)邊比電極的上端 與下端長(zhǎng)。因此在混合型電極組件內(nèi)，電極接觸電解質(zhì)的面積會(huì)縮小， 導(dǎo)致電解質(zhì)的潤(rùn)濕操作不可避免地增長(zhǎng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，作出本發(fā)明來(lái)解決上述問(wèn)題以及尚未解決的其他技術(shù)問(wèn)題。
具體地，本發(fā)明的第一目的是提供一種具有將內(nèi)部短路減至最低 限度的結(jié)構(gòu)的電極組件，即使當(dāng)施加外部撞擊于電極組件，例如電極 組件掉落時(shí)，因此改善電極組件的安全性。本發(fā)明的第二目的是提供一種電極組件，其具有在電化學(xué)電池組 裝過(guò)程中，能在短時(shí)間內(nèi)執(zhí)行電解質(zhì)浸漬(潤(rùn)濕)電極的操作的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第三目的是提供一種包含上述電極組件的電化學(xué)電池。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)提供包括通過(guò)連續(xù)分隔膜折疊的多個(gè)單元電池 的電極組件，其中所述單元電池排列在分隔膜上，所述單元電池的電 極分接頭彼此面對(duì)，所述分隔膜具有對(duì)應(yīng)于所述單元電池的電極分接 頭的開(kāi)口，并且電極組件通過(guò)在所述分隔膜縱長(zhǎng)(長(zhǎng)度)方向折疊所 述單元電池，同時(shí)放置所述單元電池使其電極分接頭插入對(duì)應(yīng)開(kāi)口來(lái) 制造，這樣以達(dá)成上述和其他目的。
根據(jù)本發(fā)明的電極組件由這樣的結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成，電極的上端通過(guò)
連續(xù)的分隔膜包覆。因此，即使當(dāng)該電極組件因?yàn)殡姌O組件的掉落而 在電池外殼的內(nèi)部空間內(nèi)移動(dòng)，也可避免因?yàn)殡姌O與電極導(dǎo)線之間接 觸而發(fā)生內(nèi)部短路。還將相對(duì)長(zhǎng)的電極組件的對(duì)邊暴露。結(jié)果，容易 將電解質(zhì)浸漬至電極內(nèi)，因此潤(rùn)濕電極所需的時(shí)間就可大幅縮短。
一般而言，根據(jù)本發(fā)明的單元電池可為雙電池或全電池。
雙電池與全電池的構(gòu)造以及使用雙電池與全電池構(gòu)建電極組件的
方法完整地公開(kāi)于韓國(guó)未審査專(zhuān)利公告第2001-82058號(hào)、第 2001-82059號(hào)以及第2001-82060號(hào)內(nèi)，其同樣以本專(zhuān)利申請(qǐng)申請(qǐng)人的 名義申請(qǐng)。前述專(zhuān)利公告的全部公開(kāi)內(nèi)容在此引入作為參考。
用作單元電池的全電池是以陰極/隔板/陽(yáng)極單元結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)建的電 池。具體地，全電池是具有位于其對(duì)邊的陰極與陽(yáng)極的電池。全電池 的基本結(jié)構(gòu)可以是陰極/隔板/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)或陰極/隔板/陽(yáng)極/隔板/陰極/隔 板/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)。為了構(gòu)建包含使用所述全電池的二次電池的電化學(xué)電池，需要將多個(gè)全電池相互堆疊，使得所述陰極與所述陽(yáng)極彼此面對(duì)，而 分隔膜位于所述全電池之間。
另一方面，用作單元電池的雙電池是由陰極/隔板/陽(yáng)極/隔板/陰極 單元結(jié)構(gòu)，或陽(yáng)極/隔板/陰極/隔板/陽(yáng)極單元結(jié)構(gòu)構(gòu)建的電池。具體地， 雙電池是在其對(duì)邊具有相同電極的電池。雙電池的代表實(shí)例顯示在圖3 與圖4。以下，將具有陰極/隔板/陽(yáng)極/隔板/陰極結(jié)構(gòu)的電池稱(chēng)為"C型
雙電池"，并且將具有陽(yáng)極/隔板/陰極/隔板/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的電池稱(chēng)為"A
型雙電池"。換言之，具有陰極放置在其對(duì)邊的電池為c型電池，而
具有陽(yáng)極放置在其對(duì)邊的電池為A型電池。
建構(gòu)雙電池的陰極、陽(yáng)極與隔板數(shù)量并未特別設(shè)限，只要位于雙 電池對(duì)邊的所述電極具有相同結(jié)構(gòu)即可。為了構(gòu)建包含使用雙電池的 二次電池的電化學(xué)電池，需要將多個(gè)雙電池相互堆疊，使得C型雙電 池與A型雙電池彼此面對(duì)，而分隔膜放置于所述雙電池之間。
全電池與雙電池是通過(guò)將所述陰極與所述陽(yáng)極相互連接，并將分 隔膜放置在陰極與陽(yáng)極之間的方式來(lái)制造。連接方式的優(yōu)選實(shí)例是熱 焊接。
在全電池與雙電池中，陰極通過(guò)將陰極活性材料、導(dǎo)電劑和粘結(jié) 劑的混合物施加于陰極集流體(cathode current collector)，然后干燥 并沖壓(press)該陰極集流體來(lái)制備。根據(jù)情況，在混合物內(nèi)可添加 填料。
一般而言，所述陰極集流體具有3至500(^m的厚度。所述陰極集 流體并無(wú)特別限制，只要陰極集流體具有高導(dǎo)電性，且不會(huì)在電池內(nèi) 引發(fā)任何化學(xué)變化即可。例如，陰極集流體可由不銹鋼、鋁、鎳、鈦 或塑膠碳(plastic carbon)制得?；蛘撸帢O集流體可由表面經(jīng)碳、鎳、 鈦或銀處理的鋁或不銹鋼制得。陰極集流體可在其表面上形成細(xì)微的凹凸部分，以至于增加陰極活性材料的附著力。陰極集流體可構(gòu)建為 多種形式，如膜、板、箔、網(wǎng)、多孔體、泡棉體以及非織造布。
陰極活性材料可以是，但不局限于層狀化合物，如鈷鋰氧化物
(LiCo02)或鎳鋰氧化物(LiNi02)，或被一種或多種過(guò)渡金屬取代 的化合物；由化學(xué)式Lii+xMn2.x04 (其中x4至0.33)表示的錳鋰氧化 物，如LiMnO" LiMn203或LiMn02;銅鋰氧化物(Li2Cu02);釩氧 化物，如LiV308、 LiFe304、 V205或Cu2V207;由化學(xué)式LiNi^MxC^
(這里N^Co、 Mn、 Al、 Cu、 Fe、 Mg、 B或Ga，并且x=0.01至0.3) 所表示的鎳位(Ni-sited)鎳鋰氧化物；由化學(xué)式LiMn2—xMx02 (這里 M=Co、 Ni、 Fe、 Cr、 Zn或Ta，并且x=0.01至0.1 )或化學(xué)式Li2Mn3M08
(這里M:Fe、 Co、 Ni、 Cu或Zn)所表示的錳鋰復(fù)合氧化物；化學(xué)式 中的Li被堿土族金屬離子部分地取代的LiMn204; 二硫化物化合物或 Fe2(Mo04)3。
一般會(huì)添加導(dǎo)電劑，使得基于包含陰極活性材料的化合物總重， 導(dǎo)電劑有1至50重量百分比。導(dǎo)電劑并無(wú)特別限制，只要該導(dǎo)電劑具 有高導(dǎo)電性，并且在電池內(nèi)不會(huì)引發(fā)任何化學(xué)變化即可。例如石墨， 如天然石墨或人工石墨；碳黑，如碳黑、乙炔黑、科琴黑(Ketjen black)、 槽黑、爐黑、燈黑以及熱裂法碳黑；導(dǎo)電纖維，如碳纖維和金屬纖維； 金屬粉末，如氟化碳粉末、鋁粉和鎳粉；導(dǎo)電晶須，如氧化鋅和鈦酸 鉀；導(dǎo)電金屬氧化物，如氧化鈦；以及聚苯撐衍生物可用作導(dǎo)電劑。
用于陰極活性材料的粘結(jié)劑是有助于活性材料與導(dǎo)電劑間的接 合，以及與集流體相接合的成份。根據(jù)本發(fā)明的粘結(jié)劑的通常添加量， 基于包含陰極活性材料的化合物總重量，為1至50重量％。聚偏氟乙 烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素(CMC)、淀粉、羥丙基纖維素、再生 纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡 膠(EPDM)、磺化EPDM、 丁苯橡膠、氟橡膠以及各種共聚物均可用 作粘結(jié)劑的實(shí)例。所述填料是可任選的成份，其用于抑制陰極膨脹。對(duì)于填料并無(wú) 特別限制，只要其不會(huì)引起電池內(nèi)化學(xué)變化并且是纖維材料即可。烯 烴聚合物，如聚乙烯和聚丙烯；以及纖維材料，如玻璃纖維和碳纖維 均可用作填料的實(shí)例。
另一方面，可將陽(yáng)極活性材料施用于陽(yáng)極集流體，干燥并沖壓陽(yáng) 極集流體來(lái)制造陽(yáng)極。根據(jù)情況，在陽(yáng)極活性材料內(nèi)可添加導(dǎo)電劑、 粘結(jié)劑以及填料。
一般而言，陽(yáng)極集流體具有3至500)im的厚度。陽(yáng)極集流體并無(wú)
特別限制，只要陽(yáng)極集流體具有高導(dǎo)電性，并在電池內(nèi)不會(huì)引發(fā)任何 化學(xué)變化即可。例如，陰極集流體可由銅、不銹鋼、鋁、鎳、鈦或塑 膠碳制得。或者，陽(yáng)極集流體可由表面經(jīng)碳、鎳、鈦、或銀處理的銅 或不銹鋼，或鋁鎘合金所制成。類(lèi)似陰極集流體，陽(yáng)極集流體可在其 表面上形成細(xì)微凹凸部分，如此可增加陽(yáng)極活性材料的附著力。陽(yáng)極 集流體可采用許多形式構(gòu)建，如膜、板、箔、網(wǎng)、多孔體、泡棉體以 及非織造布。
可使用例如碳，如非石墨碳或石墨基碳；金屬?gòu)?fù)合氧化物，如 LixFe203((Kxl<)、 LixW02((KxSl)、 SnxMeuMe，yOz(Me: Mn、 Fe、 Pb、 Ge; Me， Al、 B、 P、 Si、周期表的第1、 2和5族元素、鹵素、(Kx《1、 12y。、 1SZS8));鋰金屬；鋰合金；硅基合金；錫基合金；金屬氧化 物，如SnO、 Sn02、 PbO、 Pb02、 Pb203、 Pb304、 Sb203、 Sb204、 Sb205、 GeO、 Ge02、 Bi203、 Bi204或Bi205;導(dǎo)電聚合物，如聚乙炔；或鋰-鈷-鎳基(Li-Co-Ni based)材料作為陽(yáng)極活性材料。
所述隔板插入陰極與陽(yáng)極之間。使用具有高離子滲透性和機(jī)械強(qiáng) 度的絕緣薄膜作為隔板。該隔板通常具有0.01至10pm的孔徑以及5 至30(Him的厚度。使用具有耐化學(xué)性和疏水的烯烴聚合物，如聚丙烯、或玻璃纖維或聚乙烯，制成的板或非織造布作為隔板。當(dāng)采用如聚合 物這類(lèi)固態(tài)電解質(zhì)作為電解質(zhì)時(shí)，該固態(tài)電解質(zhì)也可同時(shí)作為隔板與 電解質(zhì)。本發(fā)明所使用的分隔膜可使用與隔板相同的材料制成，或可 使用不同于隔板的材料制成。含鋰鹽的非水電解質(zhì)由非水電解質(zhì)和鋰組成?？墒褂梅撬娊赓|(zhì) 溶液、固態(tài)電解質(zhì)或無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)作為非水電解質(zhì)。本發(fā)明可使用的非水電解溶液可由非質(zhì)子有機(jī)溶劑制成，例如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亞丙酯、碳酸亞乙酯、碳酸亞丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、Y-丁內(nèi)酯、1，2-二甲氧基乙垸、四羥基琺瑯克(Franc)、 2-甲基四氫呋喃、二甲亞砜、1,3-二氧戊環(huán)、甲酰胺、二甲基甲酰胺、 二氧戊環(huán)、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲 氧基甲垸、二氧戊環(huán)衍生物、環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、1，3-二甲基-2-咪唑 啉酮、碳酸亞丙酯衍生物、四氫呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯以及丙酸 乙酯。本發(fā)明采用的有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的實(shí)例，提及可由以下物質(zhì)制得 聚乙烯衍生物、聚環(huán)氧乙垸衍生物、聚環(huán)氧丙垸衍生物、磷酸酯聚合 物、聚攪動(dòng)賴(lài)氨酸(poly agitation lysine)、聚酯硫醚、聚乙烯醇、聚 偏氟乙烯以及含離子解離基團(tuán)的聚合物。本發(fā)明采用的無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的實(shí)例，提及可由以下物質(zhì)制得 鋰的氮化物、鹵化物和硫化物，如LisN、 Lil、 Li5NI2、 Li3N-LiI-LiOH、 LiSi04 、 LiSi04-LiI-LiOH 、 Li2SiS3 、 Li4Si04 、 Li4Si04-LiI-LiOH和 Li3P04-Li2S-SiS2。鋰鹽是可以迅速溶解在上述非水電解質(zhì)中的材料，可包括例如 LiCl、 LiBr、 Lil、 LiC104、 LiBF4、 LiB^Cl, LiPF6、 LiCF3S03、 LiCF3C02、 LiAsF6、 LiSbF6、 LiAlCl4、 CH3S03Li、 CF3S03Li、 (CF3S02)2NLi、氯硼垸鋰、低級(jí)脂肪酸鋰、四苯基硼酸鋰以及酰亞胺鋰。此外，為了改善充/放電特性以及阻燃性，在非水電解質(zhì)內(nèi)可添加 例如吡啶、亞磷酸三乙酯、三乙醇胺、環(huán)醚、乙二胺、n-乙二醇二甲醚 (n-glyme)、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亞胺染料、N-取 代的噁唑垸酮、N，N-取代咪唑烷、乙二醇二烷基醚、銨鹽、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化鋁等。根據(jù)情況，為了賦予不燃性，非水電解質(zhì) 可進(jìn)一步包括含鹵素溶劑，如四氯化碳和三氟乙烯。更進(jìn)一步，為了 改善高溫儲(chǔ)存特性，非水電解質(zhì)可額外包含二氧化碳?xì)怏w。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的電極組件采用上述全電池或雙電池作為單元電池 來(lái)構(gòu)建時(shí)，首先將多個(gè)單元電池排列在長(zhǎng)條狀連續(xù)的分隔膜上，使得 各自單元電池的電極，即電極分接頭，彼此面對(duì)。所述分隔膜具有可 使單元電池的電極分接頭插入的開(kāi)口。所述開(kāi)口的尺寸足以讓所述電 極分接頭，或一對(duì)彼此面對(duì)的電極分接頭插入所述開(kāi)口并通過(guò)所述開(kāi) 口突出。若有可能，優(yōu)選開(kāi)口的寬度小到足夠覆蓋所述電極的大部分 上端或一對(duì)彼此面對(duì)的電極的大部分上端。因此，當(dāng)將所述單元電池 沿分隔膜的縱長(zhǎng)方向連續(xù)地折疊，使得單元電池相互堆疊時(shí)，是電極 組件是制造成這樣的結(jié)構(gòu)，所述各自單元電池的電極分接頭從分隔膜 突出，同時(shí)通過(guò)所述分隔膜實(shí)現(xiàn)所述單元電池間的電絕緣。


結(jié)合附圖，從下列詳細(xì)說(shuō)明中，將更清楚地了解本發(fā)明的上述及其他目的、特色及其他優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是視圖，說(shuō)明組裝常規(guī)袋形電池的步驟；圖2是透視圖，說(shuō)明完成組裝步驟后的所述常規(guī)袋形電池；圖3和圖4是通常的示意圖，分別說(shuō)明可作為根據(jù)本發(fā)明的電極組件的單元電池的典型C型雙電池及典型A型雙電池；圖5和圖6是通常的附圖，其分別說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，使用如圖5及圖6所示的雙電池來(lái)制造電極組件的步驟；以及圖7是為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例使用全電池來(lái)制造電 極組件的方法的通常的示意圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在，將參照隨附的附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而， 應(yīng)注意的是本發(fā)明的范疇并不僅限于所說(shuō)明的實(shí)施例。圖5和圖6是分別為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例使用雙電池來(lái)制 造電極組件的方法的通常的附圖。參考這些附圖，分隔膜100是為形成長(zhǎng)板狀的薄膜。分隔膜100 是以與所述單元電池的隔板相同的多孔結(jié)構(gòu)構(gòu)建的。分隔膜100的寬 度稍大于所述單元電池的寬度。C型雙電池201和202以及A型雙電池300和301都排列在該分 隔膜100的縱長(zhǎng)方向，使得C型雙電池201和202的電極分接頭211 和212彼此面對(duì)，以及A型雙電池300和301的電極分接頭310和311 彼此面對(duì)。分隔膜100具有讓電極分接頭211和212、 310和311插入 的開(kāi)口 110。將說(shuō)明所述雙電池的放置。首先，第一C型雙電池200放置在分 隔膜100的末端101上，從該端開(kāi)始折疊操作，使得第一C型雙電池 200的下端位于該分隔膜100的末端101。接下來(lái)，第一 A型雙電池 300放置在與第一C型雙電池200距離為L(zhǎng) (與雙電池的長(zhǎng)度相應(yīng))的 位置上，使得第一 A型雙電池300具有和第一 C型雙電池200相同的 方位。第一 C型雙電池200和第一 A型雙電池300之間的間隔區(qū)域是 第一 C型雙電池200接觸第一 A型雙電池300，而分隔膜100完全圍 繞第一 C型雙電池200的區(qū)域。在第一 C型雙電池200折疊一次之后， 第一 C型雙電池200會(huì)與第一 A型雙電池300接觸，同時(shí)第一 C型雙 電池200的電極分接頭210和第一 A型雙電池300的電極分接頭310相鄰。放置第二 A型雙電池301使得第二 A型雙電池301的電極分接頭 311面對(duì)第一 A型雙電池300的電極分接頭310。第二 A型雙電池301 接觸第一 C型雙電池200，同時(shí)分隔膜100放置于第二 A型雙電池301 和第一C型雙電池200之間。在第二 A型雙電池301的下端，放置第 二 C型雙電池201和第三C型雙電池202使得第二 C型雙電池201的 電極分接頭211和第三C型雙電池202的電極分接頭212彼此面對(duì)。 第二 C型雙電池201接觸第一 C型雙電池200，同時(shí)分隔膜100放置 于第二 C型雙電池201和第一 C型雙電池200之間。當(dāng)如上述使用雙電池來(lái)制造電極組件時(shí)，放置相同類(lèi)型的雙電池 使得雙電池的電極分接頭彼此面對(duì)，并且將與相同類(lèi)型雙電池不同類(lèi) 型的雙電池放置在相同類(lèi)型雙電池的下端，以使不同類(lèi)型的雙電池彼 此相鄰。結(jié)果，電極組件是以陰極/陽(yáng)極/陰極/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)制得的。同時(shí)， 沒(méi)有雙電池放置在與第一雙電池相鄰的區(qū)域上，因此提供相當(dāng)于該雙 電池尺寸的間隔區(qū)域。在雙電池折疊期間，所述間隔區(qū)域包圍第一雙 電池的前表面，由此可維持雙電池之間的電絕緣。在本說(shuō)明書(shū)中，當(dāng) 在折疊雙電池前將單元電池放置在分隔膜上時(shí)，將與分隔膜接觸的每 個(gè)雙電池的表面定義為后表面，并將每個(gè)雙電池的對(duì)面定義為前表面。隨著依序折疊雙電池，折疊的雙電池厚度就會(huì)增加。因此，相鄰 雙電池下端之間的距離會(huì)逐漸增加，如圖6內(nèi)所示(LKL2)。圖7是為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例使用全電池來(lái)制造電 極組件的方法的通常的附圖。參考圖7，第一全電池400放置于分隔膜100的末端101，從該端 開(kāi)始折疊操作，使得第一全電池400的下端位于分隔膜100的末端101， 并且第一全電池400的陰極表面朝向第一全電池400的前表面。接下來(lái)，采取與圖5相同的方式，將第二全電池401放置在與第一全電池400相隔一個(gè)全電池長(zhǎng)度的距離的位置，使得第二全電池401 具有與該第一全電池400相同的方位，即，第二全電池401的陰極表 面朝向第二全電池401的前表面。當(dāng)折疊第一全電池400時(shí)，第一全 電池400的后表面(陽(yáng)極表面)會(huì)與第二全電池401的前表面(陰極 表面)接觸，同時(shí)第一全電池400的兩個(gè)表面都被該分隔膜IOO覆蓋。第三全電池402放置成與第二全電池401相鄰，使得第三全電池 402的電極分接頭412面對(duì)第二全電池401的電極分接頭411。第三全 電池402的前表面(陽(yáng)極表面)會(huì)與第一全電池400的前表面(該陰 極表面)接觸，同時(shí)分隔膜100是放置于第三全電池402和第一全電 池400之間。第四全電池403和第五全電池404的放置與第二全電池 401和第三全電池402的放置一樣。當(dāng)如上述使用全電池制造電極組件時(shí)，放置全電池使得全電池的 電極分接頭彼此面對(duì)，而全電池的不同電極表面朝向相同表面(前表 面)，并且全電池放置在各自全電池的下端，使得全電池的不同電極 表面朝向相同表面(前表面)，而全電池彼此相鄰。結(jié)果，電極組件 會(huì)以陰極/陽(yáng)極/陰極/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)來(lái)制造。同時(shí)，沒(méi)有全電池放置在與第一 全電池相鄰的區(qū)域，因此，提供相當(dāng)于該全電池尺寸的間隔區(qū)域。在 所述全電池的折疊期間內(nèi)，所述間隔區(qū)域包圍第一全電池的前表面， 由此維持全電池之間的電絕緣。與圖6的雙電池相同的方式，所述相鄰的全電池下端之間的距離 會(huì)沿折疊方向逐漸增加。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，當(dāng)以全電池或雙電池的形式構(gòu)建的單元電 池放置在分隔膜上時(shí)，可將所述單元電池貼附至分隔膜，以便容易地 執(zhí)行折疊操作。所述貼附可通過(guò)熱焊接實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明還提供一種包含具有上述構(gòu)造的電極組件的電化學(xué)電池。所述電化學(xué)電池有代表性的實(shí)例可以是二次電池。尤其是，優(yōu)選 使用以鋰離子作為介質(zhì)的鋰二次電池?；陔姌O組件的形狀和電池外殼的結(jié)構(gòu)與形狀，所述鋰二次電池 可分類(lèi)為圓柱型電池、棱柱型電池或袋形電池。它們中，優(yōu)選當(dāng)受到 外力撞擊，如該電池掉落時(shí)，會(huì)有安全相關(guān)問(wèn)題的袋形電池應(yīng)用于本 發(fā)明。如前所述，袋型電池是將電極組件固定在由包含金屬層與樹(shù)脂層 的層壓板所制得的袋形外殼內(nèi)的電池。 一般而言，鋁層壓板制得的外 殼廣泛使用于袋形電池。使用電極組件制造電化學(xué)電池，包括二次電池，的方法已為人所 熟知，因此將不作詳細(xì)說(shuō)明。雖然揭露本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例用于說(shuō)明目的，然而本領(lǐng)域技術(shù)人 員可以在不超出如附隨的權(quán)利要求所公開(kāi)的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)， 進(jìn)行各種修改、添加和替換。產(chǎn)業(yè)上的可利用性從以上說(shuō)明書(shū)顯而易見(jiàn)，所述電極組件是一種解決果凍巻型電極 組件和堆疊型電極組件的問(wèn)題的混合型電極組件。因此，當(dāng)外力撞擊 施加于所述電極組件時(shí)，例如電極組件掉落，可將發(fā)生內(nèi)部短路的可 能性降至最低，如此改善所述電極組件的安全性。再者，其可在電化 學(xué)電池組裝的過(guò)程中，于短時(shí)間內(nèi)使電解質(zhì)浸漬(潤(rùn)濕)電極。
權(quán)利要求
1. 一種電極組件，其包括通過(guò)連續(xù)分隔膜折疊的多個(gè)單元電池，其中所述單元電池排列在所述分隔膜上，使所述單元電池的電極分接頭彼此面對(duì)，所述分隔膜具有對(duì)應(yīng)于所述單元電池的電極分接頭的開(kāi)口，并且所述電極組件是通過(guò)沿所述分隔膜的縱長(zhǎng)(長(zhǎng)度)方向折疊所述單元電池，同時(shí)所述單元電池放置成使所述單元電池的所述電極分接頭插入對(duì)應(yīng)的開(kāi)口來(lái)制造的。
2. 如權(quán)利要求l所述的電極組件，其中所述單元電池是雙電池或全電池。
3. 如權(quán)利要求l所述的電極組件，其中所述分隔膜由與構(gòu)成所述 單元電池的隔板相同的材料或不同的多孔薄膜所制成。
4. 如權(quán)利要求l所述的電極組件，其中所述單元電池通過(guò)熱焊接 貼附至所述分隔膜。
5. 如權(quán)利要求2所述的電極組件，其中，當(dāng)使用雙電池作為所述 單元電池時(shí)，相同類(lèi)型的雙電池(C型雙電池或A型雙電池)放置成 使所述雙電池的電極分接頭彼此面對(duì)，與相同類(lèi)型的雙電池不同類(lèi)型 的雙電池放置于相同類(lèi)型的雙電池的下端，使不同類(lèi)型的雙電池彼此 相鄰，沒(méi)有雙電池放置在與第一雙電池相鄰的區(qū)域內(nèi)，由此提供與所 述雙電池的尺寸相應(yīng)的間隔區(qū)域，并且在所述雙電池的折疊過(guò)程中， 所述間隔區(qū)域包圍所述第一雙電池的前表面，由此維持所述雙電池之 間的電絕緣。
6. 如權(quán)利要求2所述的電極組件，其中，當(dāng)使用全電池作為所述 單元電池時(shí)，全電池放置成使所述全電池的電極分接頭彼此面對(duì)，而 使所述全電池的不同電極表面(陰極表面或陽(yáng)極表面)朝向相同表面(前表面)，全電池放置于各全電池的下端，使得所述全電池的不同 電極表面朝向相同表面(前表面)，而所述全電池彼此相鄰，沒(méi)有全 電池放置在與第一全電池相鄰的區(qū)域內(nèi)，由此提供與所述全電池的尺 寸相應(yīng)的間隔區(qū)域，并且在所述全電池的折疊過(guò)程中，所述間隔區(qū)域 包圍所述第一全電池的前表面，由此維持所述全電池之間的電絕緣。
7. 如權(quán)利要求5或6所述的電極組件，其中放置所述單元電池使得所述單元電池的下端間的距離在折疊方向逐漸增加。
8. —種電化學(xué)電池，其包含如權(quán)利要求l所述的電極組件。
9. 如權(quán)利要求8所述的電化學(xué)電池，其中所述電化學(xué)電池是二次 電池。
10. 如權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電池，其中所述二次電池是使用 鋰離子作為介質(zhì)的鋰二次電池。
11. 如權(quán)利要求IO所述的電化學(xué)電池，其中所述二次電池以如下 結(jié)構(gòu)構(gòu)建而成，電極組件安置在由包含金屬層和樹(shù)脂層的層壓板所制 成的袋形外殼內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明于此公開(kāi)了一種包括通過(guò)連續(xù)分隔膜折疊的多個(gè)單元電池的電極組件，其中所述單元電池排列在所述分隔膜上，使所述單元電池的電極分接頭彼此面對(duì)，所述分隔膜具有對(duì)應(yīng)于所述單元電池的電極分接頭的開(kāi)口，并且所述電極組件是通過(guò)于所述分隔膜的縱長(zhǎng)(長(zhǎng)度)方向折疊所述單元電池，同時(shí)放置所述單元電池以使所述單元電池的電極分接頭插入所述對(duì)應(yīng)的開(kāi)口來(lái)制造的，以及包括所述電極組件的電化學(xué)電池，如二次電池。根據(jù)本發(fā)明的電極組件是一種解決了果凍卷型電極組件及堆疊型電極組件的問(wèn)題的混合型電極組件。因此，當(dāng)外力撞擊施加于所述電極組件時(shí)，例如該電極組件掉落時(shí)，可將發(fā)生內(nèi)部短路的可能性降至最低，因而改善電極組件的安全性。再者，其可在電化學(xué)電池組裝過(guò)程中，于短時(shí)間內(nèi)讓電解質(zhì)浸漬(潤(rùn)濕)電極。
文檔編號(hào)H01M10/04GK101305493SQ200680041639
公開(kāi)日2008年11月12日 申請(qǐng)日期2006年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月8日
發(fā)明者崔鉦熙, 柳志憲, 梁承秦, 申榮埈, 金旻修 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)