電極組件和包含其的電化學(xué)電池的制作方法
【專(zhuān)利摘要】根據(jù)本發(fā)明的電極組件包含：電極堆疊部，其通過(guò)對(duì)具有第一電極、隔膜、第二電極和隔膜的四層結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)基本單元進(jìn)行堆疊而形成；和電極固定部，其用于圍繞并固定所述電極堆疊部。根據(jù)本發(fā)明的電極組件可以利用不同于折疊法的堆疊法制造，并可以完成精確對(duì)齊和穩(wěn)定固定。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電極組件和包含其的電化學(xué)電池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電極組件和包含其的電化學(xué)電池，更特別地，涉及通過(guò)不同于折疊法的堆疊法制造并完成微細(xì)對(duì)齊和穩(wěn)定固定的電極組件、以及包含所述電極組件的電化學(xué)電池。

【背景技術(shù)】
[0002]本申請(qǐng)要求在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2012年6月28日提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10-2012-0069832號(hào)和2013年6月28日提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10-2013-0075040號(hào)的優(yōu)先權(quán),通過(guò)參考將其內(nèi)容以其完整形式明確地并入本文中。
[0003]可以根據(jù)電極組件的結(jié)構(gòu)將二次電池分為各種形狀。例如，二次電池可以分為堆疊型結(jié)構(gòu)、卷繞型(卷型)結(jié)構(gòu)或堆疊/折疊型結(jié)構(gòu)。關(guān)于堆疊型結(jié)構(gòu)，將正極、隔膜和負(fù)極切割成特定尺寸并然后依次堆疊而形成電極組件。在此情況中，將隔膜設(shè)置在正極與負(fù)極之間。關(guān)于卷繞型結(jié)構(gòu)，將正極、隔膜、負(fù)極和隔膜形成為片狀，依次堆疊，然后卷繞成電極組件。關(guān)于堆疊/折疊型結(jié)構(gòu)，首先形成全電池或雙電池，并通過(guò)使用隔離片進(jìn)行卷繞而形成電極組件。在將正極、隔膜和負(fù)極切割成特定尺寸并依次對(duì)其進(jìn)行堆疊之后，可以形成全電池或雙電池。(全電池或雙電池各自包含一個(gè)或多個(gè)正極、隔膜和負(fù)極)。在專(zhuān)利文獻(xiàn)I和2中更詳細(xì)地公開(kāi)了堆疊/折疊型的結(jié)構(gòu)。
[0004]然而，由于將構(gòu)成電極組件的電極單元(正極、隔膜和負(fù)極)單獨(dú)堆疊，所以電極組件的微細(xì)對(duì)齊非常困難。另外，制造電極組件需要大量工藝。通常，為了制造堆疊/折疊型結(jié)構(gòu)，需要兩個(gè)層壓設(shè)備和一個(gè)折疊設(shè)備。由此，電極組件的制造工藝非常復(fù)雜。特別地，由于通過(guò)以堆疊/折疊型結(jié)構(gòu)進(jìn)行折疊來(lái)堆疊全電池或雙電池，所以全電池或雙電池的微細(xì)對(duì)齊非常困難。
[0005](專(zhuān)利文獻(xiàn)I)韓國(guó)專(zhuān)利公布2001-0082059號(hào)
[0006](專(zhuān)利文獻(xiàn)2)韓國(guó)專(zhuān)利公布2001-0082060號(hào)


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問(wèn)題
[0008]考慮到上述缺陷，本發(fā)明的一方面提供一種通過(guò)不同于折疊法的堆疊法制造并完成微細(xì)對(duì)齊和穩(wěn)定固定的電極組件、以及包含所述電極組件的電化學(xué)電池。
[0009]技術(shù)方案
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電極組件，其包含:電極堆疊部，其通過(guò)對(duì)具有第一電極、隔膜、第二電極和隔膜的四層結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)基本單元進(jìn)行堆疊而形成；和電極固定部，其用于圍繞并固定所述電極堆疊部。在此情況中，所述基本單元可以通過(guò)重復(fù)堆疊所述四層結(jié)構(gòu)而具有八層結(jié)構(gòu)。
[0011]更特別地，所述基本單元可以包含:雙電池，其通過(guò)對(duì)所述第一電極、所述隔膜、所述第二電極、所述隔膜和所述第一電極依次進(jìn)行堆疊而形成；和補(bǔ)充電池，其通過(guò)從兩個(gè)所述第一電極中的一個(gè)第一電極起對(duì)所述隔膜、所述第二電極和所述隔膜依次進(jìn)行堆疊而形成。
[0012]另外，所述基本單元可以包含:雙電池，其通過(guò)對(duì)所述第一電極、所述隔膜、所述第二電極、所述隔膜和所述第一電極依次進(jìn)行堆疊而形成；隔膜，其堆疊在兩個(gè)所述第一電極中的一個(gè)第一電極上；和補(bǔ)充電池，其通過(guò)從兩個(gè)所述第一電極中的另一個(gè)第一電極起對(duì)所述隔膜和所述第二電極依次進(jìn)行堆疊而形成。
[0013]有益效果
[0014]根據(jù)本發(fā)明的電極組件，對(duì)基本單元進(jìn)行重復(fù)堆疊而形成電極堆疊部。由此，可以利用不同于折疊法的堆疊法形成電極組件，并可以提高電極組件的生產(chǎn)率。
[0015]另外，在本發(fā)明的電極組件中，通過(guò)對(duì)齊基本單元可以總體上對(duì)齊電極組件，且電極組件的微細(xì)對(duì)齊會(huì)是可能的。
[0016]此外，根據(jù)本發(fā)明的電極組件的電極堆疊部可以通過(guò)對(duì)電極固定部進(jìn)行圍繞而固定。由此，可以完成穩(wěn)定固定。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明的電極堆疊部的側(cè)視圖；
[0018]圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明的基本單元的第一結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
[0019]圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的基本單元的第二結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
[0020]圖4是顯示圖2中的基本單元的制造方法的工藝圖；
[0021]圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明的基本單元的第三結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
[0022]圖6是顯示圖5中的基本單元的分解透視圖；
[0023]圖7是顯示圖5中的基本單元的制造方法的工藝圖；
[0024]圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明的基本單元的第四結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
[0025]圖9是顯示圖8中的基本單元的分解透視圖；
[0026]圖10是顯示圖8中的基本單元的制造方法的工藝圖；
[0027]圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明的電極固定部的第一實(shí)施方式的透視圖；
[0028]圖12是顯示根據(jù)本發(fā)明的電極固定部的第二實(shí)施方式的透視圖；
[0029]圖13是顯示根據(jù)本發(fā)明的電極固定部的第三實(shí)施方式的透視圖；
[0030]圖14是顯示根據(jù)本發(fā)明的電極固定部的第四實(shí)施方式的透視圖；
[0031]圖15是顯示根據(jù)本發(fā)明的電極固定部的第五實(shí)施方式的透視圖；且
[0032]圖16是顯示根據(jù)本發(fā)明的電極固定部的第六實(shí)施方式的透視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0033]現(xiàn)在參考附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。然而，本發(fā)明不能被限制為或約束為如下示例性實(shí)施方式。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的電極組件基本包含電極堆疊部和電極固定部。首先，對(duì)電極堆疊部進(jìn)行說(shuō)明。電極堆疊部(參見(jiàn)圖1中的參考數(shù)字10a等)包含至少一個(gè)基本單元(參見(jiàn)圖2中的IlOa等)。S卩，電極堆疊部100可以通過(guò)包含一個(gè)基本單元110或至少兩個(gè)基本單元110而形成。電極堆疊部100可以通過(guò)對(duì)基本單元110進(jìn)行堆疊而形成。例如，可以通過(guò)對(duì)一個(gè)基本單元IlOa和另一個(gè)基本單元進(jìn)行堆疊來(lái)形成電極堆疊部100a，如圖1中所示。如上所述，可以通過(guò)對(duì)基本單元110進(jìn)行堆疊而形成電極堆疊部100。S卩，基本單元110可以提前形成，并然后依次進(jìn)行堆疊而形成電極堆疊部100。
[0035]如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電極堆疊部100的特征在于，電極堆疊部100通過(guò)重復(fù)堆疊基本單元110而形成。通過(guò)根據(jù)所述方法來(lái)制造電極堆疊部100，可以將基本單元110精確對(duì)齊，并可以提高生產(chǎn)率。(例如，在堆疊/折疊型電極中應(yīng)用的折疊工藝可以省略)。
[0036]通過(guò)對(duì)第一電極111、隔膜112、第二電極113和隔膜112進(jìn)行堆疊來(lái)形成基本單元100。如上所述，基本單元110具有基本四層結(jié)構(gòu)。更特別地，如圖2中所示，通過(guò)從上部到下部依次堆疊第一電極111、隔膜112、第二電極113和隔膜112，或者如圖3中所示，通過(guò)從下部到上部依次堆疊第一電極111、隔膜112、第二電極113和隔膜112，可以得到基本單元110。在此情況中，第一電極111和第二電極112可以為相互相反的電極。例如，當(dāng)?shù)谝浑姌O111為負(fù)極時(shí)，第二電極113可以為正極。當(dāng)然，所述電極可以具有相反的極性。
[0037]以供參考，當(dāng)重復(fù)堆疊基本單元以形成電極堆疊部時(shí)，第一電極可以位于電極堆疊部的最上部或最下部。在此情況中，為了避免第一電極與諸如袋的殼體的直接接觸，可以將隔膜另外堆疊在位于最外部的第一電極上以使得位于最外部并露出到外部的第一電極(例如位于圖1中的最上部的第一電極)與殼體絕緣。還可以應(yīng)用隔離片來(lái)代替隔膜。例如，可以利用隔離片對(duì)電極堆疊部進(jìn)行圍繞以使得位于最外部的第一電極與殼體絕緣?；蛘撸梢岳秒姌O固定部使得位于最外部的第一電極與殼體絕緣，下文中將對(duì)所述電極固定部進(jìn)行說(shuō)明。
[0038]通過(guò)如下方法可以形成基本單元110a(參見(jiàn)圖4)。首先，準(zhǔn)備第一電極材料121、第一隔膜材料122、第二電極材料123和第二隔膜材料124。在此情況中，可以將電極材料121和123切割成特定尺寸以形成電極111和113。對(duì)于第一和第二隔膜材料122和124實(shí)施相同的工藝。為了使得制造方法自動(dòng)化，電極材料和隔膜材料可以在輥上具有卷繞的形狀。在準(zhǔn)備材料之后，通過(guò)切割機(jī)C1將第一電極材料121切割成特定尺寸。然后，通過(guò)切割機(jī)C2也將第二電極材料123切割成特定尺寸。其后，將具有特定尺寸的第一電極材料121供應(yīng)到第一隔膜材料122上。將具有特定尺寸的第二電極材料123也供應(yīng)到第二隔膜材料124上。然后，將所有材料都供應(yīng)到層壓機(jī)L1和L2。
[0039]通過(guò)如上所述重復(fù)堆疊基本單元110可以形成電極堆疊部100。然而，當(dāng)將構(gòu)成基本單元110的電極和隔膜相互分開(kāi)時(shí)，基本單元110的重復(fù)堆疊可能困難。由此，當(dāng)形成基本單元110時(shí)，可以使電極和隔膜相互附著。使用層壓機(jī)L1和L2將電極和隔膜相互附著。即，通過(guò)利用層壓機(jī)L1和L2在材料上施加壓力或熱和壓力，將電極材料和隔膜材料相互附著。通過(guò)附著，基本單元110可以更穩(wěn)定地保持其形狀。
[0040]然后，通過(guò)切割機(jī)C3將第一隔膜材料122和第二隔膜材料124切割成特定尺寸。通過(guò)進(jìn)行切割，可以形成基本單元110a。根據(jù)情況需要可以對(duì)基本單元IlOa另外進(jìn)行各種檢驗(yàn)。例如，可以另外進(jìn)彳丁檢驗(yàn)如厚度檢驗(yàn)、視覺(jué)檢驗(yàn)、短路檢驗(yàn)等。
[0041]同時(shí)，可以利用具有膠粘性的涂布材料對(duì)隔膜(隔膜材料)的表面進(jìn)行涂布。涂布材料可以為無(wú)機(jī)粒子和粘合劑聚合物的混合物。(將通過(guò)使用涂布材料進(jìn)行的涂布稱(chēng)作SRS涂布)。無(wú)機(jī)粒子可以提高隔膜的熱穩(wěn)定性。即，無(wú)機(jī)粒子可以防止隔膜在高溫下收縮。另外，粘合劑聚合物可以固定無(wú)機(jī)粒子。由此，無(wú)機(jī)粒子可以具有特定的多孔結(jié)構(gòu)。由于所述多孔結(jié)構(gòu)，使得即使隔膜涂布有無(wú)機(jī)粒子，離子仍可容易地從正極移動(dòng)到負(fù)極。另外，粘合劑聚合物可以將無(wú)機(jī)粒子穩(wěn)定地保持在隔膜上而提高隔膜的機(jī)械穩(wěn)定性。此外，粘合劑聚合物可以將隔膜更穩(wěn)定地附著在電極上。以供參考，可以通過(guò)使用聚烯烴類(lèi)隔膜基材形成隔膜。
[0042]如圖2和3中所詳細(xì)顯示的，電極111和113位于隔膜112的兩側(cè)，然而，電極113僅位于另一個(gè)隔膜112的一側(cè)。由此，可以將涂布材料涂布在隔膜112的兩個(gè)側(cè)面上，同時(shí)可以將涂布材料僅涂布在另一個(gè)隔膜112的一個(gè)側(cè)面上。即，可以將涂布材料涂布到隔膜112的面對(duì)第一電極111和第二電極113的兩個(gè)側(cè)面上，并可以將涂布材料涂布到另一個(gè)隔膜112的面對(duì)第二電極113的一個(gè)側(cè)面上。
[0043]如上所述，利用涂布材料在基本單元內(nèi)進(jìn)行附著可以是足夠的。由此，按上述可以?xún)H對(duì)隔膜112的一個(gè)側(cè)面進(jìn)行涂布。由于可以利用熱壓法等來(lái)將基本單元相互附著，所以可以根據(jù)情況需要對(duì)隔膜112的兩個(gè)側(cè)面進(jìn)行涂布。即，可以根據(jù)情況需要將隔膜112涂布在面對(duì)第二電極113的一個(gè)側(cè)面上和其相反側(cè)面上。
[0044]以供參考，當(dāng)將具有膠粘性的涂布材料涂布在隔膜上時(shí)，通過(guò)使用特定物體對(duì)隔膜直接加壓是不優(yōu)選的。通常，隔膜從電極起長(zhǎng)長(zhǎng)地向外延伸。由此，可以將隔膜112的末端和另一個(gè)隔膜112的末端相互結(jié)合。例如，可以利用超聲波焊接將隔膜112的末端和另一個(gè)隔膜112的末端相互焊接。在此情況中，對(duì)于進(jìn)行超聲波焊接，需要使用焊頭直接對(duì)目標(biāo)進(jìn)行加壓。然而，當(dāng)使用焊頭直接對(duì)隔膜的末端部進(jìn)行加壓時(shí)，焊頭會(huì)因具有膠粘性的涂布材料而附著到隔膜。在此情況中，設(shè)備會(huì)出現(xiàn)故障。因此，當(dāng)將具有膠粘性的涂布材料涂布在隔膜上時(shí)，通過(guò)使用特定物體對(duì)隔膜直接加壓是不優(yōu)選的。
[0045]另外，基本單元110不需要具有四層結(jié)構(gòu)。例如，基本單元110可以具有通過(guò)依次堆疊第一電極111、隔膜112、第二電極113、隔膜112、第一電極111、隔膜112、第二電極113和隔膜112而獲得的八層結(jié)構(gòu)。即，基本單元110可以通過(guò)重復(fù)四層結(jié)構(gòu)而形成為八層結(jié)構(gòu)。
[0046]對(duì)示例性實(shí)施方式進(jìn)行更詳細(xì)地說(shuō)明。如圖5和6中所示，基本單元IlOc可以形成包含雙電池116和補(bǔ)充電池117的八層結(jié)構(gòu)。在此情況中，通過(guò)從上部到下部(或從下部到上部)依次堆疊第一電極111、隔膜112、第二電極113、隔膜112和第一電極111來(lái)形成雙電池116。通常，當(dāng)?shù)谝浑姌O為正極時(shí)，可以將由此得到的結(jié)構(gòu)稱(chēng)作A型雙電池，且當(dāng)?shù)谝浑姌O為負(fù)極時(shí)，可以將由此得到的結(jié)構(gòu)稱(chēng)作C型雙電池。
[0047]通過(guò)從雙電池116的第一電極111，即在雙電池116的第一電極111之后向外部依次堆疊隔膜112、第二電極113和隔膜112可以形成補(bǔ)充電池117。在此情況中，雙電池116的第一電極111可以為位于雙電池116最上部的第一電極111,或位于雙電池116的最下部的第一電極111。(圖5顯不了其中將補(bǔ)充電池堆疊在位于雙電池最下部的第一電極上的實(shí)例實(shí)施方式)。
[0048]如上所述，通過(guò)重復(fù)堆疊具有上述八層結(jié)構(gòu)的基本單元IlOc可以形成電極堆疊部100。(當(dāng)然，電極堆疊部可以通過(guò)僅使用一個(gè)基本單元形成)。通過(guò)按上述形成基本單元110C，僅利用不同于折疊法的堆疊法并同時(shí)使用應(yīng)用于堆疊/折疊結(jié)構(gòu)中的A型雙電池或C型雙電池中的一種可以形成電極堆疊部100。
[0049]通過(guò)如下方法可以形成如上所述的具有八層結(jié)構(gòu)的基本單元IlOc (參見(jiàn)圖7)。首先，準(zhǔn)備第一電極材料、隔膜材料、第二電極材料、隔膜材料和第一電極材料。然后，將這些材料依次進(jìn)行堆疊并供應(yīng)到第一層壓機(jī)L1和L2。在第一層壓機(jī)L1和L2中，將材料層壓成雙電池116的對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)。(層壓方法與普通的層壓方法相同)。其后，將隔膜材料、第二電極材料和隔膜材料另外供應(yīng)到第二層壓機(jī)L3和L4。在第二層壓機(jī)L3和L4中，將材料層壓成基本單元IlOc的相應(yīng)結(jié)構(gòu)。
[0050]通過(guò)實(shí)施上述方法形成基本單元110c，可以應(yīng)用普通方法。由此，通過(guò)引入新的工藝而不進(jìn)行折疊工藝，可以制造電極組件，且設(shè)備投資所消耗的成本可以明顯下降。另外，由于通過(guò)實(shí)施一個(gè)連續(xù)的層壓工藝可以形成基本單元110c，所以可以簡(jiǎn)化工藝。特別地，可以在比第一層壓工藝更低的溫度和更低的壓力下實(shí)施第二層壓工藝，由此可以降低成本。此外，通過(guò)將補(bǔ)充電池117層壓在雙電池116的一個(gè)側(cè)面上可以實(shí)施第二層壓工藝。由此，第二層壓機(jī)的上部L3和下部L4可以在不同溫度下運(yùn)行。因此，第二層壓機(jī)的功率消耗可以下降。
[0051]另外，基本單元IlOd可以具有八層結(jié)構(gòu)，如圖8和9中所示。即，如圖8中所示，基本單元IlOd可以形成為包含雙電池116和補(bǔ)充電池118的八層結(jié)構(gòu)，所述雙電池116通過(guò)依次堆疊第一電極111、隔膜112、第二電極113、隔膜112和第一電極111而形成，所述補(bǔ)充電池118通過(guò)對(duì)堆疊在兩個(gè)第一電極111中的一個(gè)上的隔膜112、以及堆疊在兩個(gè)第一電極111中的另一個(gè)上的隔膜112和第二電極113依次進(jìn)行堆疊而形成。圖8顯示了一個(gè)實(shí)例實(shí)施方式，其中將隔膜112堆疊在位于雙電池116最上部的第一電極111上,并將補(bǔ)充電池118堆疊在位于雙電池116最下部的第一電極111上。然而，所述堆疊可以反過(guò)來(lái)進(jìn)行。
[0052]通過(guò)如下方法可以形成上述的具有八層結(jié)構(gòu)的基本單元110d(參見(jiàn)圖10)。首先，準(zhǔn)備第一電極材料、隔膜材料、第二電極材料、隔膜材料和第一電極材料。然后，將這些材料依次進(jìn)行堆疊并供應(yīng)到第一層壓機(jī)L1和L2。在第一層壓機(jī)L1和L2中，將材料層壓成與雙電池116相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。(層壓方法與普通的層壓方法相同)。在這之后，將材料供應(yīng)到第二層壓WL3和L4，使得可以將隔膜112堆疊在位于最上部的第一電極111上，并使得從位于雙電池116最下部的第一電極111到外部依次堆疊隔膜112和第二電極113。在第二層壓機(jī)L3和L4中，將材料層壓成與基本單元IlOd相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)。以供參考，可以在單獨(dú)的層壓機(jī)中實(shí)施將隔膜112層壓在位于最上部的第一電極111上的工藝、以及從位于雙電池116最下部的第一電極111到外部依次層壓隔膜112和第二電極113的工藝。
[0053]在電極堆疊部100之后，對(duì)電極固定部200進(jìn)行說(shuō)明。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電極組件的基本特征在于，電極堆疊部100僅通過(guò)不同于折疊法的堆疊法形成。即，根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)層壓法形成基本單元110，然后將一個(gè)或多個(gè)基本單元100進(jìn)行堆疊以形成電極堆疊部100。為了更穩(wěn)定地固定電極堆疊部100，根據(jù)本發(fā)明的電極組件包含用于圍繞并固定電極堆疊部100的電極固定部200。電極固定部200可以以如下文中所述的各種實(shí)施方式來(lái)完成。
[0054]首先，電極固定部200可以包含設(shè)置在電極堆疊部100上部的上部固定構(gòu)件211和設(shè)置在電極堆疊部100下部的下部固定構(gòu)件212，如圖11中所示。此處，下部固定構(gòu)件212可以與上部固定構(gòu)件211連接而使得電極堆疊部100與上部固定構(gòu)件211緊密地配合。通過(guò)所述配合，電極固定部200a可以固定電極堆疊部100。S卩，通過(guò)將電極堆疊部100安置在上部固定構(gòu)件211與下部固定構(gòu)件212之間，并將上部固定構(gòu)件211和下部固定構(gòu)件212相互連接，利用電極固定部200a可以固定電極堆疊部100。
[0055]在此情況中，可以利用超聲波焊接或熱密封將下部固定構(gòu)件212連接到上部固定構(gòu)件211。通過(guò)連接，可以在上部固定構(gòu)件211和下部固定構(gòu)件212的連接部處形成封閉部216?？梢栽趦蓚?cè)形成封閉部216。此處，封閉部216可以具有約Imm?約5mm的寬度(d)。當(dāng)應(yīng)用超聲波焊接時(shí)，焊接強(qiáng)度可以為約30gf?約lOOgf。另外，當(dāng)應(yīng)用熱密封時(shí)，密封溫度可以為約120°C?約180°C，密封厚度可以為原始材料的約50%?約80%，且密封強(qiáng)度可以為約30gf?約lOOgf。
[0056]或者，電極固定部200b可以為具有片狀并以圍繞電極堆疊部100的方式形成的固定片221，如圖12中所示。在此情況中，可以利用超聲波焊接或熱密封將固定片的一個(gè)末端和另一個(gè)末端相互連接而圍繞電極堆疊部100。S卩，通過(guò)使用固定片221,可以在構(gòu)成一個(gè)圈的同時(shí)對(duì)電極堆疊部100進(jìn)行圍繞，并可以將固定片221的相互接觸的一個(gè)末端和另一個(gè)末端進(jìn)行連接。然后，可以通過(guò)電極固定部200b來(lái)固定電極堆疊部100。
[0057]以供參考，通過(guò)使用與隔膜112不同的材料，例如通過(guò)使用無(wú)紡布、PP、PE和PET的至少一種，可以形成電極固定部200。更特別地，通過(guò)使用具有約I μπι以上孔徑的無(wú)紡布可以形成電極固定部200?；蛘撸ㄟ^(guò)使用具有約20 μπι?約100 μπι厚度的PP、PE和PET的至少一種可以形成電極固定部200。
[0058]另外，電極固定部200c可以具有管狀，其包含第一開(kāi)口 231、面對(duì)第一開(kāi)口 231的第二開(kāi)口、以及從第一開(kāi)口 231向第二開(kāi)口延伸的用于容納電極堆疊部100的內(nèi)部空間，如圖13中所示。如上所述的電極固定部200c可以通過(guò)由熱造成的收縮而緊密配合電極堆疊部100。即，通過(guò)在電極固定部200c的內(nèi)部空間內(nèi)容納電極堆疊部100并通過(guò)對(duì)電極固定部200c進(jìn)行加熱，電極固定部200c可以收縮并緊密配合電極堆疊部100。通過(guò)所述配合，電極固定部200c可以固定電極堆疊部100。
[0059]可以將電極固定部200d形成為多孔絕緣帶，如圖14中所示。即，通過(guò)使用多孔絕緣帶對(duì)電極堆疊部100進(jìn)行圍繞，可以固定電極堆疊部100。
[0060]最后，電極固定部200e可以從電極堆疊部100的上表面沿電極堆疊部100的側(cè)表面向電極堆疊部100的下表面延伸而固定電極堆疊部100，如圖15中所示。例如，將聚合物帶的端部固定到電極堆疊部100的上表面。然后，將聚合物帶的另一端部沿電極堆疊部100的側(cè)表面拉伸并固定到電極堆疊部100的下表面。在此情況中，可以利用聚合物帶通過(guò)熱焊接來(lái)固定電極堆疊部100。另外，如圖16中所示，電極固定部200f可以圍繞電極堆疊部100至少一圈。如上所述，電極固定部可以不完全圍繞電極堆疊部。
[0061 ] 下文中，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的電極組件進(jìn)行說(shuō)明。
[0062]正極結(jié)構(gòu)
[0063]基本單元基本包含正極和負(fù)極。另外，基本單元包含正極與負(fù)極之間的隔膜。例如，通過(guò)將正極活性材料、導(dǎo)電材料和粘合劑混合物的混合物(漿料)涂布在正極集電器上，干燥并壓制可以制造正極。所述混合物可以根據(jù)情況需要還包含填料。所述正極可以形成為片狀并安裝在輥上。
[0064][正極集電器]
[0065]通常將正極集電器制成約3 μ m?約500 μ m的厚度。關(guān)于正極集電器,可以使用不會(huì)誘發(fā)化學(xué)變化并具有高導(dǎo)電性的材料。例如，典型地可以使用:不銹鋼；鋁；鎳；鈦；煅燒碳；用碳、鎳、鈦或銀表面處理過(guò)的鋁或不銹鋼材料等。然而，本發(fā)明可以不限于此。為了提高正極活性材料的膠粘性，可以在正極集電器表面上形成微細(xì)的壓紋。另外，正極集電器可以具有諸如膜、片、箔、網(wǎng)、多孔體、泡沫體、無(wú)紡布等的各種形狀。
[0066][正極活性材料]
[0067]鋰二次電池用正極活性材料可以包括例如:鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiN12)等的層狀化合物或者被一種或多種過(guò)渡金屬置換的所述化合物；鋰錳氧化物如Li1+xMn2_x04 (其中 X 為 O ~0.33)、LiMn03、LiMn203、LiMn02 等；鋰銅氧化物(Li2CuO2);釩氧化物如 LiV3O8, LiFe3O4, V2O5 和 Cu2V2O7 等；由化學(xué)式 LiNi1JMxO2 (其中 M = Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，X = 0.01~0.3)表示的Ni位點(diǎn)型鋰鎳氧化物；由化學(xué)式LiMn2_xMx02 (其中M=Co、N1、Fe、Cr、Zn 或 Ta，x = 0.01 ~0.1)或 Li2Mn3MO8(其中 M = Fe、Co、N1、Cu 或 Zn)表示的鋰錳復(fù)合氧化物；其中一部分Li被堿土金屬離子置換的LiMn2O4 ;二硫化物化合物；Fe2(MoO4)3等。然而，本發(fā)明可以不限于此。
[0068]通常，基于混合物的總量，以I~50重量％將導(dǎo)電材料添加到包含正極活性材料的混合物中?？梢酝ㄟ^(guò)使用具有導(dǎo)電性而不會(huì)誘發(fā)化學(xué)變化的材料來(lái)形成導(dǎo)電材料。例如，典型地可以使用:石墨如天然石墨、合成石墨等；炭黑如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、爐黑、燈黑、熱裂法炭黑等；導(dǎo)電纖維如碳纖維、金屬纖維等；金屬粉末如氟化碳粉末、鋁粉末、鎳粉末等；導(dǎo)電晶須如鈦酸鉀等；導(dǎo)電金屬氧化物如二氧化鈦等；導(dǎo)電材料如聚亞苯基衍生物等。
[0069]粘合劑是幫助活性材料與導(dǎo)電材料的結(jié)合和與集電器的結(jié)合的組分，且基于包含正極活性材料的混合物的總量，通常以約I~約50重量％包含粘合劑。粘合劑的典型實(shí)例可以包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素(CMC)、淀粉、羥丙基纖維素、再生纖維素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯聚合物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡膠、氟橡膠、各種共聚物等。
[0070]填料是抑制正極膨脹的組分并可選擇性使用?？梢允褂貌粫?huì)誘發(fā)化學(xué)變化并具有纖維相的材料而沒(méi)有限制。例如，可使用:烯烴類(lèi)聚合物如聚乙烯、聚丙烯等；纖維相材料如玻璃纖維、碳纖維等。
[0071]負(fù)極結(jié)構(gòu)
[0072]通過(guò)利用負(fù)極活性材料對(duì)負(fù)極集電器進(jìn)行涂布、干燥并壓制可以制造負(fù)極?？梢愿鶕?jù)情況需要選擇性地包含導(dǎo)電材料、粘合劑、填料等。負(fù)極可以形成為片狀并可以安裝在輥上。
[0073][負(fù)極集電器]
[0074]通常將負(fù)極集電器制成約3~約500 μπι的厚度。關(guān)于負(fù)極集電器，可以使用不會(huì)誘發(fā)化學(xué)變化并具有導(dǎo)電性的材料。例如，可以使用:銅；不銹鋼；鋁；鎳；鈦；煅燒碳；用碳、鎳、鈦、銀表面處理過(guò)的銅或不銹鋼材料；鋁-鎘合金等。此外，為了提高負(fù)極活性材料的膠粘性，可以在負(fù)極集電器的表面上形成微細(xì)的壓紋。負(fù)極集電器可以具有諸如膜、片、箔、網(wǎng)、多孔體、泡沫體、無(wú)紡布等的各種形狀。
[0075][負(fù)極活性材料]
[0076]負(fù)極活性材料可以包括例如:碳如非石墨化碳、石墨類(lèi)碳等；金屬?gòu)?fù)合氧化物如LixFe2O3 (O ≤ X≤ I)、LixWO2 (O ≤ χ ≤ I)和 SnxMei_xMe，y0z (Me:Mn、Fe、Pb、Ge ;Me，:A1, B,P，Si，周期表中的I族、2族和3族中發(fā)現(xiàn)的元素，鹵素；0〈x≤I ;1≤y≤3 ;1≤Z≤8)等；鋰金屬；鋰合金；硅基合金；錫基合金；金屬氧化物如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3'Sb2O4'Sb2O5'Ge。、GeO2'Bi2O3'Bi2O4'Bi2O5 等;導(dǎo)電聚合物如聚乙炔等；L1-Co_Ni 基材料等。
[0077]隔膜結(jié)構(gòu)
[0078]可以通過(guò)層壓機(jī)的壓力、或熱量和壓力使得隔膜(隔離片)熔化而附著到正極或負(fù)極。當(dāng)從層壓機(jī)施加壓力時(shí)，電極和隔膜(隔離片)可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的界面接觸。(此外，通過(guò)上述SRS涂布可以單獨(dú)完成接觸)。
[0079]隔膜(隔離片)可以具有絕緣性能。另外，隔膜可以具有多孔結(jié)構(gòu)以用于離子的移動(dòng)。通常，隔膜的孔徑為約0.01μπι~約10μπι。隔膜的厚度可以通常為約5μπι~約300 μπι。隔膜可以形成為具有高離子透過(guò)率、高機(jī)械強(qiáng)度和高絕緣性能的薄膜。例如，隔膜(隔離片)可以為烯烴類(lèi)聚合物如耐化學(xué)性和疏水性的聚丙烯等；通過(guò)使用玻璃纖維或聚乙烯形成的片或無(wú)紡布等。
[0080]當(dāng)使用諸如聚合物的固體電解質(zhì)作為電解質(zhì)時(shí)，所述固體電解質(zhì)可還充當(dāng)隔膜。優(yōu)選地，可以使用: 聚乙烯膜；聚丙烯膜；或通過(guò)將所述膜結(jié)合而得到的多層膜；或者用于聚合物電解質(zhì)或凝膠型聚合物電解質(zhì)如聚偏二氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物的聚合物膜。
[0081 ] 下文中，將對(duì)其中可應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的電極組件的電化學(xué)裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0082]根據(jù)本發(fā)明的電極組件可以應(yīng)用于通過(guò)正極與負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力的電化學(xué)電池。電化學(xué)電池的典型實(shí)例包括特級(jí)電容器、超級(jí)電容器、二次電池、燃料電池、電解用設(shè)備、電化學(xué)反應(yīng)器等。根據(jù)本發(fā)明的電極組件可以特別地并優(yōu)選地用于二次電池(例如鋰二次電池)中。
[0083]鋰二次電池用作中型和大型裝置以及小型裝置的電源。當(dāng)將鋰二次電池用作中型和大型裝置的電源時(shí)，可以?xún)?yōu)選通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的二次電池作為一個(gè)單元電池來(lái)形成電池模塊?？梢詫姵啬K的電池組用作如下裝置中的電源:電動(dòng)工具；電動(dòng)車(chē)輛，選自電動(dòng)車(chē)輛(EV)、混合動(dòng)力車(chē)輛(HEV)和插電式混合動(dòng)力車(chē)輛(PHEV);電動(dòng)自行車(chē)；電動(dòng)滑板車(chē)；電動(dòng)高爾夫球車(chē)；電動(dòng)卡車(chē)；電動(dòng)商業(yè)車(chē)輛等。
[0084]產(chǎn)業(yè)實(shí)用性
[0085]本發(fā)明涉及一種通過(guò)不同于折疊法的堆疊法制造并完成微細(xì)對(duì)齊和穩(wěn)定固定的電極組件、以及包含所述電極組件的電化學(xué)電池，從而本發(fā)明具有產(chǎn)業(yè)實(shí)用性。
【權(quán)利要求】
1.一種電極組件，其包含:電極堆疊部，其通過(guò)對(duì)至少一個(gè)具有第一電極、隔膜、第二電極和隔膜的四層結(jié)構(gòu)的基本單元進(jìn)行堆疊而得到；和電極固定部，其用于圍繞并固定所述電極堆疊部。
2.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述基本單元通過(guò)重復(fù)堆疊所述四層結(jié)構(gòu)而具有八層結(jié)構(gòu)。
3.權(quán)利要求2的電極組件，其中所述基本單元包含:雙電池，其通過(guò)對(duì)所述第一電極、所述隔膜、所述第二電極、所述隔膜和所述第一電極依次進(jìn)行堆疊而形成；和補(bǔ)充電池，其通過(guò)從兩個(gè)所述第一電極中的一個(gè)第一電極起對(duì)所述隔膜、所述第二電極和所述隔膜依次進(jìn)行堆疊而形成。
4.權(quán)利要求2的電極組件，其中所述基本單元包含:雙電池，其通過(guò)對(duì)所述第一電極、所述隔膜、所述第二電極、所述隔膜和所述第一電極依次進(jìn)行堆疊而形成；隔膜，其堆疊在兩個(gè)所述第一電極中的一個(gè)第一電極上；和補(bǔ)充電池，其通過(guò)從兩個(gè)所述第一電極中的另一個(gè)第一電極起對(duì)所述隔膜和所述第二電極依次進(jìn)行堆疊而形成。
5.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述基本單元通過(guò)將所述電極和所述隔膜相互附著而形成。
6.權(quán)利要求5的電極組件，其中所述電極和所述隔膜的附著是通過(guò)在所述電極和所述隔膜上施加壓力而進(jìn)行的附著、或者通過(guò)在所述電極和所述隔膜上施加壓力和熱而進(jìn)行的附著。
7.權(quán)利要求5的電極組件，其中所述隔膜的表面涂布有具有膠粘性的涂布材料。
8.權(quán)利要求7的電極組件，其中所述涂布材料是無(wú)機(jī)粒子和粘合劑聚合物的混合物。
9.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述電極固定部包含:設(shè)置在所述電極堆疊部上部的上部固定構(gòu)件；和設(shè)置在所述電極堆疊部下部的下部固定構(gòu)件，所述下部固定構(gòu)件與所述上部固定構(gòu)件連接，所述下部固定構(gòu)件與所述上部固定構(gòu)件緊密配合所述電極堆疊部。
10.權(quán)利要求9的電極組件，其中利用超聲波焊接或熱密封將所述下部固定構(gòu)件連接到所述上部固定構(gòu)件。
11.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述電極固定部通過(guò)利用具有片狀的固定片對(duì)所述電極堆疊部進(jìn)行圍繞而得到。
12.權(quán)利要求11的電極組件，其中利用超聲波焊接或熱密封將所述固定片的一個(gè)末端和另一個(gè)末端相互連接而圍繞所述電極堆疊部。
13.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述電極固定部具有管狀，其包含第一開(kāi)口、面對(duì)所述第一開(kāi)口的第二開(kāi)口、以及從所述第一開(kāi)口向所述第二開(kāi)口延伸的用于容納所述電極堆疊部的內(nèi)部空間。
14.權(quán)利要求13的電極組件，其中所述電極固定部通過(guò)由熱造成的收縮而配合所述電極堆疊部。
15.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述電極固定部從所述電極堆疊部的上表面沿所述電極堆疊部的側(cè)表面向所述電極堆疊部的下表面延伸而固定所述電極堆疊部。
16.權(quán)利要求15的電極組件，其中所述電極固定部圍繞所述電極堆疊部至少一圈。
17.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述固定部通過(guò)使用無(wú)紡布、PP、PE和PET的至少一種形成。
18.權(quán)利要求17的電極組件，其中所述電極固定部通過(guò)使用具有Iμ m以上孔徑的無(wú)紡布形成。
19.權(quán)利要求17的電極組件，其中所述電極固定部通過(guò)使用具有20~10ym厚度的所述PP、所述PE和所述PET的至少一種形成。
20.權(quán)利要求1的電極組件，其中所述電極堆疊部還包含堆疊在位于最外部并露出至外部的所述第一電極上的隔膜。
21.一種電化學(xué) 裝置，其包含根據(jù)權(quán)利要求1~20中任一項(xiàng)的電極組件。
【文檔編號(hào)】H01M10/04GK104054205SQ201380004570
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月28日
【發(fā)明者】賈大根, 金赫洙, 許準(zhǔn)佑, 李香穆, 安昶范 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)