專利名稱：雙極性電極對(duì)/分隔膜組件、包括該組件的雙極性電池、及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙極性電極/隔板組件、包括該組件的雙極性電池、及其制造方法。本發(fā)明的特征在于，為了實(shí)現(xiàn)高能量密度，使用一種薄金屬箔型集電極而不是單獨(dú)地插入隔離板，并且將粘結(jié)膜提供在其上不存在電極層的集電極的四個(gè)未涂布邊緣表面
中的至少兩個(gè)上，以防止電解液滲漏，并且然后在其上堆疊隔板，使得集電極和隔板通過粘結(jié)膜直接結(jié)合，從而密封雙極性電極。
背景技術(shù)：
正在進(jìn)行對(duì)開發(fā)適用于要求高輸出和高能量密度的領(lǐng)域(例如，汽車)的電池的積極努力。在其商業(yè)化方面，鋰離子二次電池能夠?qū)崿F(xiàn)足夠高的輸出和高能量密度。應(yīng)當(dāng)注意，關(guān)于用于驅(qū)動(dòng)各種汽車電機(jī)的電源，雙極性電池已經(jīng)得到注意，其中每一個(gè)都由正電極-負(fù)電極對(duì)形成的獨(dú)立的雙極性電極串聯(lián)連接，從而實(shí)現(xiàn)高能量密度。雙極性電池具有單元型結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于，可以由于在電池內(nèi)串聯(lián)連接的多個(gè)單元電極堆疊體(stack)而獲得高電壓。然而，該串聯(lián)連接僅在單元電極堆疊體彼此完全電化學(xué)隔離時(shí)才有效。因此，為了多個(gè)單元電極堆疊體之間的完全電化學(xué)隔離，需要完全阻止在單元電極堆疊體之間的電解質(zhì)的流動(dòng)。作為完全阻止在雙極性單元電極堆疊體之間的電解質(zhì)流動(dòng)的方法，已經(jīng)提出了一種使用不含液體的高分子固體電解質(zhì)作為電解質(zhì)層的技術(shù)(日本專利特開No. 2000-100471)。然而，由于高分子固體電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率低于高分子凝膠電解質(zhì)的離子導(dǎo)電率以及由于其在一般的工作環(huán)境下的低功率或能量密度而導(dǎo)致高分子固體電解質(zhì)具有低的實(shí)用性。此外，制備具有離子導(dǎo)電率的高分子隔板并將高分子隔板插入和組裝成雙極性堆疊體的所有工藝需要在水分被完全去除的干燥條件下執(zhí)行，以防止具有很高吸濕性能的高分子隔板性能下降，并且防止由于電池內(nèi)的水的分解而造成的氣體產(chǎn)生。這在實(shí)際中可能會(huì)使工藝復(fù)雜化，并且造成高的成本。同時(shí)，已經(jīng)開發(fā)了關(guān)于包括具有在電解質(zhì)層中的電解液的高分子凝膠電解質(zhì)的雙極性電池的技術(shù)(日本專利特開No. 2004-75455和No. Heill-204136)。然而，這樣的雙極性電池的局限在于，電解質(zhì)層內(nèi)的電解液可能漏出并且接觸電極或另一獨(dú)立的電極對(duì)的電解質(zhì)，而造成短路。為了解決該局限，韓國(guó)專利特開No. 10-2007-0085876公開了一種雙極性電池，該雙極性電池包括保持電解質(zhì)層的隔板以及布置在隔板的電解質(zhì)保持部的外邊緣中的成形密封樹脂。
圖I示出了如上所述的現(xiàn)有的雙極性電池的結(jié)構(gòu)。參考圖1，多個(gè)雙極性電極110被電連接，在每個(gè)雙極性電極中，在集電極的兩側(cè)分別形成負(fù)電極和正電極，并且提供密封部140以密封包含電解液并且插入在雙極性電極之間的隔板130的兩個(gè)邊緣。在這樣的雙極性電池中，重要的是有效地形成密封部，以防止用于浸潰(impregnate)隔板的電解質(zhì)的流動(dòng)，并且阻止電解質(zhì)在獨(dú)立的電極堆疊體之間移動(dòng)。通常，這樣的密封部通過非常復(fù)雜的工藝來形成，該工藝將聚合物樹脂施加/注入到隔板周圍，并且在隔板上執(zhí)行壓縮或加熱，從而密封該隔板。然而，由于保持密封樹脂的隔板的低機(jī)械強(qiáng)度和粘結(jié)性，在下述工藝期間可能出現(xiàn)處理中的不便將密封樹脂均勻地施加/注入到通常具有30微米或更小的厚度的多孔隔板的周圍、以及將如上加工的隔板定位和組裝在獨(dú)立堆疊體的負(fù)電極和正電極之間。這里，處理中的不便的示例可以包括部分重疊的隔板的附接、隔板的部分褶皺、隔板的錯(cuò)位以及隔板對(duì)各工藝中一起使用的另一種材料的附接。此外，由于具有阻止電解液流動(dòng)的性能 的密封樹脂使得在組裝之后難以進(jìn)行電解質(zhì)注入，所以在使隔板與電極表面一體化之前，位于密封樹脂內(nèi)部的隔板需要用電解質(zhì)來浸潰。類似于根據(jù)日本專利特開2000-100471使用高分子電解質(zhì)的情況，這會(huì)導(dǎo)致與吸水相關(guān)聯(lián)的操作局限，并且此外，在用電解質(zhì)浸潰的隔板的處理方面，帶來甚至更嚴(yán)重的局限。具體地，如果用電解質(zhì)浸潰的隔板接觸諸如處理夾具的組裝設(shè)備的表面，則即使在膠凝和固化之后，電解質(zhì)的一部分會(huì)滲出到隔板外面而污染這樣的表面，從而需要反復(fù)清洗工藝。為了獨(dú)立電極堆疊體的正常操作，不但在隔板中而且在電極堆疊體的電極板中也需要使用電解質(zhì)。在該情況下，需要足夠量的電解質(zhì)來填充電極堆疊體的電極板的孔。為了僅用電解液來填充電極板的孔，隔板需要保持過量的液體電解質(zhì)。然而，使多孔隔板保持過量的液體電解質(zhì)在技術(shù)上非常難以實(shí)現(xiàn)。此外，保持過量電解質(zhì)的隔板只能加重有關(guān)組裝工藝的上述局限。在雙極性電池中，通過將正電極置于集電極一側(cè)并且將負(fù)電極置于集電極另一側(cè)而形成每一對(duì)正電極和負(fù)電極。由于電極堆疊體需要被隔開，因此通常在每?jī)蓚€(gè)正電極-負(fù)電極對(duì)之間插入分隔板，以從而將電極堆疊體隔開。然而，在實(shí)際中，鋰離子電池采用薄電極板和具有相反低的離子導(dǎo)電率的電解質(zhì)。為此，如果分隔板具有比用作集電極的金屬箔更大的厚度，則出現(xiàn)顯著的空間浪費(fèi)，而迅速降低蓄能密度。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的一個(gè)方面提供了集電極和隔板，該集電極和隔板通過使用施加到雙極性電極中的集電極的電極-未涂布表面的粘結(jié)膜來在熱地并且直接地結(jié)合在一起，以便于簡(jiǎn)化和便利在制造雙極性電池的工藝中造成不便的現(xiàn)有技術(shù)的密封工藝，例如使用密封樹脂密封隔板的兩個(gè)邊緣并且在上執(zhí)行獨(dú)立的密封。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種方法，該方法通過用電解液浸潰其中組裝有隔板的堆疊體并使得到的堆疊體經(jīng)歷交聯(lián)反應(yīng)(cross-linking reaction)來形成電解質(zhì)層，以便于避免在注入電解液中的困難以及在處理用電解質(zhì)浸潰的隔板/聚合物隔板中所造成的不便，并且允許將足夠量的電解液供應(yīng)到電極板的孔，并且防止在固化工藝之后由于雙極性電池內(nèi)的電解質(zhì)的流動(dòng)而造成的問題。本發(fā)明的另一個(gè)方面提供了一種集電極，該集電極用作在使用上述密封方法和電解質(zhì)的雙極性電池中的分隔板，而不單獨(dú)地插入分隔板，集電極由薄金屬箔形成，以便于實(shí)現(xiàn)高能量密度。也就是說，本發(fā)明的目的在于實(shí)現(xiàn)高能量密度、高效而可靠的密封、容易的密封工藝以及制造和維護(hù)電池的便利性的實(shí)現(xiàn)。技術(shù)方案 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種雙極性電極/隔板組件包括雙極性電極-粘結(jié)膜組件，該雙極性電極-粘結(jié)膜組件包括雙極性電極和粘結(jié)膜，該雙極性電極分別在集電極的頂側(cè)和底側(cè)的中央部分上保持能夠具有不同極性的活性材料，該粘結(jié)膜在集電極的頂側(cè)和底側(cè)二者或中的一個(gè)上，該頂側(cè)和底側(cè)相對(duì)于雙極性電極中的其上未涂布電極層的集電極的四個(gè)未涂布邊緣表面中的至少兩個(gè)而言；以及隔板，該隔板堆疊在雙極性電極-粘結(jié)膜組件的頂表面和底表面二者或中的一個(gè)上，其中集電極和隔板通過粘結(jié)膜直接結(jié)合，從而密封雙極性電極。粘結(jié)膜可以包括乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)膜或改性聚乙烯(PE)聚合物。集電極可以是具有在從10微米至20微米的范圍內(nèi)的厚度的金屬箔。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，雙極性電池包括雙極性電極/隔板組件。雙極性電極/隔板組件可以提供在被堆疊成使得具有相反極性的其電極層彼此面對(duì)的兩個(gè)或更多個(gè)雙極性電極/隔板組件中。雙極性電池的電解質(zhì)可以處于凝膠狀態(tài)。電解質(zhì)可以通過熱交聯(lián)反應(yīng)被形成為凝膠狀態(tài)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種制造雙極性電極/隔板組件的方法，包括(a)將正電極活性材料和負(fù)電極活性材料施加到集電極的頂側(cè)和底側(cè)的中央部分，以與集電極的邊緣間隔開預(yù)定距離，并且對(duì)其進(jìn)行干燥，由此將正電極和負(fù)電極分別布置在集電極的兩側(cè)上，從而形成雙極性電極；(b)將室溫下不具有粘結(jié)性的粘結(jié)膜施加在集電極的頂表面和底表面二者上，該頂表面和底表面相對(duì)于雙極性電極中的其上未涂布電極層的集電極的四個(gè)未涂布側(cè)的表面中的包括相反側(cè)的至少兩側(cè)而言；以及(C)將隔板堆疊在雙極性電極的頂表面和底表面二者或中的一個(gè)上并加熱，從而由粘結(jié)膜粘結(jié)性地密封，由此使集電極和隔板一體化。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種制造雙極性電極/隔板組件的方法，該方法包括以矩形電極圖案的形式將正電極活性材料和負(fù)電極活性材料有間隔地施加到連續(xù)的集電極的頂表面和底表面二者，并且對(duì)其進(jìn)行干燥，由此將正電極布置在連續(xù)的集電極的一個(gè)表面上，并且將負(fù)電極布置在連續(xù)的集電極的另一個(gè)表面上，從而形成多個(gè)雙極性電極；將室溫下不具有粘結(jié)性的粘結(jié)膜連續(xù)地施加到連續(xù)的集電極的頂表面和底表面二者，從而形成多個(gè)雙極性電極-粘結(jié)膜組件，該頂表面和底表面相對(duì)于在連續(xù)的集電極的四個(gè)未涂布側(cè)的表面中的包括相反側(cè)的至少兩側(cè)而言，該四個(gè)未涂布側(cè)位于多個(gè)雙極性電極中每一個(gè)的所施加的電極圖案的四個(gè)外邊緣處；以及將隔板堆疊在多個(gè)雙極性電極-粘合劑組件的頂表面或底表面中的任何一個(gè)或二者表面上，并且對(duì)其加熱，以由粘結(jié)膜粘結(jié)性地密封，由此將連續(xù)的集電極和隔板一體化，并且將其切割成單元雙極性電極/隔板組件。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種制造雙極性電池的方法，該方法包括(a)將根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性電極/隔板組件堆疊在另一個(gè)雙極性電極/隔板組件上，同時(shí)在其間與根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性電極-粘結(jié)膜組件進(jìn)行交替，從而形成包括至少兩個(gè)雙極性電極/隔板組件的堆疊體；(b)通過受熱壓縮來使該堆疊體一體化；(C)將一體化的堆疊體插入電池封裝，并且將電解液注入其中，從而用電解液來浸潰根據(jù)權(quán)利要求I所述的隔板；(d)通過熱交聯(lián)反應(yīng)來使已經(jīng)用來浸潰隔板的電解液進(jìn)行膠凝，從而形成電解質(zhì)層；以及(e)去除電解液的殘余物。受熱壓縮可通過將堆疊體置于具有升高到溫度為80°C至150°C的溫度的腔室中并且對(duì)其施加壓力來進(jìn)行。本發(fā)明的效果粘結(jié)膜通過連續(xù)工藝在集電極的四個(gè)電極-未涂布邊緣表面中的至少兩個(gè)上形成，使得集電極和隔板在其間直接形成粘結(jié)密封。因此，在雙極性電池的每個(gè)電極對(duì)中實(shí)現(xiàn) 有效密封，并且密封工藝可以簡(jiǎn)單和容易的方式來進(jìn)行。此外，可以提供下述雙極性電池與現(xiàn)有技術(shù)相比，該雙極性電池允許容易地去除活化工藝或使用中生成的氣體。此外，堆疊體在完全組裝之后用電解液來浸潰，并且然后經(jīng)歷交聯(lián)反應(yīng)。這容易地允許電解質(zhì)在整個(gè)堆疊體中均勻分布。由于隔板在堆疊體組裝之后用電解液來浸潰，所以可以避免組裝工藝中的不便和由于吸水所造成的局限。而且，電解質(zhì)在浸潰之后通過交聯(lián)作用來進(jìn)行膠凝，使得可以防止在雙極性電池內(nèi)的電解質(zhì)的流動(dòng)。此外，在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，薄金屬箔用作集電極，并且從而可以提供具有高能量密度的雙極性電池。


根據(jù)結(jié)合附圖提供的優(yōu)選實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的上述以及其它目的和特征將變得顯而易見，在附圖中圖I是圖示現(xiàn)有技術(shù)的雙極性電池的結(jié)構(gòu)的視圖；
圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的雙極性電極/隔板組件的結(jié)構(gòu)的視圖；圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的堆疊體的結(jié)構(gòu)的視圖；圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施例的堆疊體的結(jié)構(gòu)的視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將結(jié)合附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。這些實(shí)施例被提供為使得本公開完全和完整，并且向本領(lǐng)域的技術(shù)人員完整地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。參見圖2，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的雙極性電極/隔板組件100包括雙極性電極-粘結(jié)膜組件120，該組件120包括雙極性電極110和粘結(jié)膜121 ；以及隔板130，隔板130被堆疊在雙極性電極-粘結(jié)膜組件120的頂側(cè)和底側(cè)中的一個(gè)或兩個(gè)上。這里，雙極性電極110包括電極層113a和113b，電極層113a和113b被設(shè)置在集電極111的頂表面和底表面二者的中央部分上，并且保持能夠分別具有不同極性的活性材料，并且粘結(jié)膜121被設(shè)置在集電極111的頂表面和底表面二者上，該頂表面和底表面相對(duì)于其上不存在雙極性電極110的電極層113a和113b的集電極111的四個(gè)未涂布邊緣表面(以下也稱為電極-未涂布邊緣表面)中的至少兩個(gè)而言。雙極性電極/隔板組件100的特征在于集電極111和隔板130由粘結(jié)膜121直接結(jié)合，從而密封雙極性電極110。對(duì)于雙極性電極110，在由薄金屬箔形成的集電極111的頂側(cè)和底側(cè)二者的中央部分上形成電極層113a和113b，S卩，正電極113a和負(fù)電極113b。在本發(fā)明中，雙極性電極-粘結(jié)膜組件120指通過下述步驟獲得的結(jié)構(gòu)在雙極性電極110中通過將粘結(jié)膜121附接到在其上不形成電極層113a和113b的集電極111的四個(gè)未涂布邊緣表面中的至少兩個(gè)內(nèi)的頂表面和底表面二者。而且，根據(jù)本發(fā)明的雙極性電極/隔板組件100是指通過下述步驟獲得的結(jié)構(gòu)通過將隔板130堆疊在雙極性電極-粘結(jié)膜組件120的頂側(cè)和底側(cè)中的一個(gè)或兩個(gè)上。這里，粘結(jié)膜121的每一個(gè)都具有與雙極性電極110的未涂布表面結(jié)合的一側(cè)以及與隔板130結(jié)合的另一側(cè)。在兩個(gè)雙極性電極110彼此面對(duì)同時(shí)其間插入隔板130的情況下，集電極111用于物理地阻止電解質(zhì)的流動(dòng)，使得防止包含在單個(gè)有效的電極堆疊體中的電解液流入鄰近的電極堆疊體，該單個(gè)有效的電極堆疊體由一個(gè)雙極性電極110的負(fù)電極表面、隔板130和 面向一個(gè)雙極性電極110的另一個(gè)雙極性電極110的正電極表面組成。然而，如果隔板130橫跨當(dāng)前集電極111與另一個(gè)隔板130接觸，形成下一堆疊體，或者如果電解液包圍集電極111并且從而將集電極111的頂側(cè)和底側(cè)連接在一起，則雙極性鋰離子電池不能正常工作，考慮到該情況，需要徹底防止隔板130或電解質(zhì)的流動(dòng)或橫跨集電極111被連接，使電極堆疊體電化學(xué)地彼此分離。這是為了實(shí)現(xiàn)高能量密度雙極性鋰離子電池而需要解決的技術(shù)難題。為了解決上述難題，根據(jù)本發(fā)明，在不對(duì)其施加電極層113a和113b的集電極111的四個(gè)未涂布邊緣表面中的至少兩個(gè)的頂表面和底表面二者上提供粘結(jié)膜121，并且粘結(jié)膜121允許集電極111和隔板130直接結(jié)合，從而密封雙極性電極110。也就是說，本發(fā)明提供了雙極性電極/隔板組件100，其中，雙極性電極110的頂側(cè)和底側(cè)中的一個(gè)或兩個(gè)被密封并且與隔板130結(jié)合。由于沿著活性電極表面外部的四個(gè)邊緣表面中的至少兩個(gè)形成粘結(jié)密封，并且集電極111介入在其余邊緣表面中的隔板130之間，因此防止電解質(zhì)在電極堆疊體之間的流動(dòng)。優(yōu)選地，可以將粘結(jié)膜121施加到在集電極111的四個(gè)未涂布邊緣表面之中的包括相反側(cè)的至少兩側(cè)的頂表面和底表面二者，以與電極層113a和113b的側(cè)間隔開預(yù)定距離。集電極111可以使用由鋁、銅、鈦、鎳、不銹鋼或其合金形成的薄膜。替代地，根據(jù)正電極113a和負(fù)電極113b的工作電壓范圍，集電極111可以使用將上述兩種不同的金屬結(jié)合在一起的復(fù)合金屬箔。此外，為了增加單位體積的能量密度，可以使用具有20微米或更小厚度的薄金屬膜(優(yōu)選地，鋁膜)。特定地，可以使用具有從10微米至20微米范圍內(nèi)的厚度的金屬膜作為集電極111。用于正電極113a的正電極活性材料可以使用過渡金屬和鋰的復(fù)合氧化物，例如，LiCo基復(fù)合氧化物、LiNi基復(fù)合氧化物、LiMn基復(fù)合氧化物或LiFe基復(fù)合氧化物。而且，可以使用過渡金屬和鋰的硫酸鹽化合物或磷酸鹽化合物，諸如LiFePO4 ;硫化物或過渡金屬氧化物，諸如V205、Mn02、TiS2、MoS2或此03 ;或PbO2、AgO、NiOOH等。除正電極活性材料之外，正電極113a還可以包括粘合劑和導(dǎo)電劑以提高電子導(dǎo)電性。
用于負(fù)電極113b的負(fù)電極活性材料可以使用碳、金屬氧化物、鋰金屬?gòu)?fù)合氧化物等。具體地，鋰-鈦酸鹽復(fù)合氧化物可以用作鋰-過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物。除負(fù)電極活性材料之外，負(fù)電極113b還可以包括粘合劑和用于提高電子導(dǎo)電性的導(dǎo)電劑。粘結(jié)膜121使用在室溫下不具有粘結(jié)性而在高溫下呈現(xiàn)出其粘結(jié)性的密封材料?？梢栽谡辰Y(jié)膜121的兩側(cè)形成粘結(jié)部分，以與集電極111和隔板130 二者相結(jié)合。此外，粘結(jié)膜121需要由絕緣材料形成，并且可以使用包含EVA膜、改性PE聚合物等的材料。隔板130被提供在雙極性電極110之間，從而防止短路。隔板130可以使用多孔膜或無紡布，諸如聚烯烴膜或無紡布、纖維素?zé)o紡布、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)等。隔板130可以具有由用電解質(zhì)對(duì)其進(jìn)行浸潰而機(jī)械潤(rùn)濕的性質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池包括上述雙極性電極/隔板組件100。在雙極性電池中，兩個(gè)或更多個(gè)雙極性電極-隔板組件100可以被堆疊成使得具 有相反極性的電極層113a和113b彼此面對(duì)。此外，這樣的雙極性電池可以串聯(lián)、并聯(lián)或同時(shí)串聯(lián)和并聯(lián)地連接，以便于期望的電容和電壓，從而可以形成雙極性電池組或模塊。雙極性電池之間的上述電連接可以通過使用諸如集電極端子或匯流帶(bus bar)的適當(dāng)連接元件來實(shí)現(xiàn)。這里，作為雙極性電池的電解質(zhì)，可以使用通過熱交聯(lián)反應(yīng)而膠凝的電解質(zhì)。一種制造根據(jù)本發(fā)明的雙極性電極/隔板組件100的方法包括(a)將用于正電極113a的正電極活性材料和用于負(fù)電極113b的負(fù)電極活性材料施加到集電極111的頂表面和底表面的中央部分，以與集電極111的邊緣間隔開預(yù)定距離，并且對(duì)其進(jìn)行干燥，使得正電極113a和負(fù)電極113b分別被布置在集電極111的兩側(cè)，從而形成雙極性電極110 ； (b)將室溫下不具有粘結(jié)性的粘結(jié)膜121施加在集電極111的頂表面和底表面二者，該頂表面和底表面相對(duì)于在雙極性電極110中其上未涂布電極層113a和113b的集電極111的四個(gè)未涂布邊緣表面中的至少兩個(gè)而言；以及(c)將隔板130堆疊在雙極性電極110的頂側(cè)和底側(cè)中的一個(gè)或兩個(gè)上并加熱，以從而通過粘結(jié)膜121來粘結(jié)性地密封，由此使集電極111和隔板130 —體化。而且，可以通過執(zhí)行下述操作來以簡(jiǎn)單和容易的方式制造多個(gè)雙極性電極-隔板組件100 :(a)以矩形電極圖案形式將正電極活性材料和負(fù)電極活性材料有間隔地(intermittently)施加到連續(xù)的集電極111的頂表面和底表面二者，并且對(duì)其進(jìn)行干燥，使得將正電極113a和負(fù)電極113b布置在連續(xù)的集電極111的兩個(gè)表面上，從而形成多個(gè)雙極性電極110 ； (b)將室溫下不具有粘結(jié)性的粘結(jié)膜121連續(xù)地施加到連續(xù)的集電極111的頂表面和底表面二者，該頂表面和底表面相對(duì)于在未涂布邊緣表面中的包括相反側(cè)的至少兩側(cè)而言，該未涂布邊緣表面位于多個(gè)雙極性電極110中每一個(gè)的所施加的電極圖案的四個(gè)外邊緣處，從而形成多個(gè)雙極性電極-粘結(jié)膜組件120 ;以及(c)將隔板130堆疊在多個(gè)雙極性電極-粘合劑組件120的各自的頂側(cè)上，并且對(duì)其加熱，以由粘結(jié)膜121粘結(jié)性地密封，由此使集電極111和隔板130 —體化，并且將其切割成單元雙極性電極/隔板組件100。在下述情況下，相關(guān)工藝是非常復(fù)雜、不方便、耗時(shí)和高成本的工藝，在該情況中，在制造了雙極性電極之后，在雙極性電極的表面中的一個(gè)或兩個(gè)上形成電解質(zhì)層，并且然后在電解質(zhì)層上設(shè)置密封材料等。然而，根據(jù)本發(fā)明，通過下述步驟來形成多個(gè)雙極性電極-粘結(jié)膜組件將活性材料施加到連續(xù)的集電極，并且將室溫下不具有粘結(jié)性的粘結(jié)膜連續(xù)地施加到其上。因此，雙極性電極/隔板組件可以以非常簡(jiǎn)單而快速的方式來制造，并且允許容易地去除電池活化或使用的同時(shí)所生成的氣體。以下將詳細(xì)描述該組件的制造工藝。首先，將包含用于正電極113a的正電極活性材料的漿料和包含用于負(fù)電極113b的負(fù)電極活性材料的漿料有間隔地施加到連續(xù)的集電極(例如，在后續(xù)工藝中可分離成單元集電極的大的集電極)的頂表面和底表面。這里，有間隔的施加是指以預(yù)定間隔將活性材料施加到大的集電極上的多個(gè)點(diǎn)。此后，通過加熱來干燥得到的結(jié)構(gòu)，從而迅速地形成多個(gè)雙極性電極110。此后，將僅在高溫下而非室溫下具有粘結(jié)性的粘結(jié)膜121連續(xù)地施加到在集電極111的四個(gè)未涂布邊緣表面之中包括相反側(cè)的雙極性電極的至少兩側(cè)的頂表面和底表面二者，該未涂布邊緣表面位于多個(gè)雙極性電極110中的每一個(gè)的所施加的電極圖案的四個(gè)外邊緣處，從而形成多個(gè)雙極性電極-粘結(jié)膜組件120。也就是說，連續(xù)地進(jìn)行單個(gè)施加操作，使得在寬度方向上或在寬度方向和長(zhǎng)度方向上將用于每個(gè)雙極性電極110的活性膜121容易地施加到大的集電極的電極-未涂布邊緣表面，在該表面上布置了正電極113a或負(fù)電極113b。因此，沿著電極活性表面外的四個(gè)未涂布邊緣表面中的至少兩個(gè)形成粘結(jié)密封。粘結(jié)膜121可以與電極層113a和113b的邊緣間隔開預(yù)定距離，并且粘結(jié)膜121可以在集電極111的頂表面和底表面二者上形成。隨后，將隔板130堆疊在多個(gè)雙極性電極-粘結(jié)膜組件120中的每一個(gè)的頂表面和底表面中的一個(gè)或兩個(gè)上，并且對(duì)其加熱，以形成用在兩個(gè)邊緣處的粘結(jié)膜121的粘結(jié)密封，從而使集電極111和隔板130 —體化。最后，根據(jù)期望標(biāo)準(zhǔn)來切割一體化的集電極111和隔板130，從而獲得多個(gè)單元雙極性電極/隔板組件100。用隔板130來覆蓋以上述方式制造的雙極性電極/隔板組件100的一側(cè)或兩側(cè)，并且通過粘結(jié)膜121將集電極111和隔板130彼此直接結(jié)合，從而密封電極活性表面的周圍。可以通過將兩個(gè)或更多個(gè)雙極性電極/隔板組件100串聯(lián)連接來制造雙極性電池，以實(shí)現(xiàn)期望電壓。一種制造根據(jù)本發(fā)明的雙極性電池的方法包括(a)將雙極性電極/隔板組件100堆疊在另一個(gè)雙極性電極/隔板組件100上，這通過上述制造方法來制造，同時(shí)將雙極性電極-粘結(jié)膜組件120插入在其間，從而形成包括至少兩個(gè)雙極性電極/隔板組件100的堆疊體200 ； (b)通過受熱壓縮來使堆疊體一體化；(c)將一體化的堆疊體200插入電池封裝并且將電解液注入其中，從而用電解液來浸潰隔板130 ； (d)通過熱交聯(lián)反應(yīng)來使已經(jīng)用其來浸潰隔板130的電解液進(jìn)行膠凝，從而形成電解質(zhì)層；以及(e)去除電解質(zhì)的殘余物。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的雙極性電極/隔板組件100，集電極111的電極-未涂布邊緣表面中的至少兩個(gè)通過粘結(jié)膜121粘結(jié)性密封。當(dāng)雙極性電池通過堆疊多個(gè)雙極性電極/隔板組件100或交替地堆疊雙極性電極/隔板組件100和雙極性電極-粘結(jié)膜組件120來制造時(shí)，雙極性電池由隔板130隔開，使得電極對(duì)被絕緣。如上所述，雙極性電極/隔板組件100中的每一個(gè)都可以處于其中雙極性電極-粘結(jié)膜組件120的頂表面和底表面二者由隔板130覆蓋的狀態(tài)，或者處于其中雙極性電極-粘結(jié)膜組件120的頂表面和底表面中僅一個(gè)由隔板130覆蓋的狀態(tài)。前一狀態(tài)的雙極性電極/隔板組件100可以被堆疊，從而形成具有雙隔板結(jié)構(gòu)的雙極性電池，其中雙極性電極100、隔板130和雙極性電極100如圖3所示順序堆疊。后一狀態(tài)的雙極性電極/粘結(jié)膜組件可以在每?jī)蓚€(gè)雙極性電極/粘結(jié)膜組件之間插入一個(gè)隔板130的同時(shí)進(jìn)行堆疊，從而形成具有單隔板結(jié)構(gòu)的雙極性電池，其中雙極性電極110、隔板130、雙極性電極110和隔板如圖4所示順序堆疊。替代地，前一狀態(tài)的雙極性電極/隔板組件100可以在插入僅包括對(duì)其附接的粘結(jié)膜121的雙極性電極-粘結(jié)膜組件120的同時(shí)進(jìn)行堆疊，并且得到的堆疊體可以進(jìn)行受熱壓縮，從而形成單隔板結(jié)構(gòu)的雙極性電池，該結(jié)構(gòu)與通過使用后一狀態(tài)的雙極性電極/隔板組件100所獲得的圖4的單隔板結(jié)構(gòu)基本上相同。因此，可以根據(jù)情況來容易地制造各種類型的雙極性電池。
在受熱壓縮期間，加熱堆疊體200以進(jìn)行密封，使得防止電解液穿過對(duì)其施加粘結(jié)膜121的部分。具體地，將多個(gè)雙極性電極/隔板組件100或雙極性電極-粘合劑組件的堆疊體200置于具有升高到預(yù)定溫度的溫度的腔室內(nèi)，然后進(jìn)行加壓。在高溫下具有粘結(jié)性的粘結(jié)膜121的情況下，可以根據(jù)粘結(jié)膜121的物理性質(zhì)，受熱壓縮可以在從大約80°C至150°C的范圍內(nèi)的溫度下完成。此后，將一體化的堆疊體200插入電池封裝中并注入電解質(zhì)，并且然后在用電解質(zhì)浸潰隔板130的狀態(tài)下進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明，與現(xiàn)有技術(shù)的情況不同，隔板130的兩個(gè)邊緣都不會(huì)被阻塞，并且電解質(zhì)的注入/浸潰在完全組裝了堆疊體200之后來進(jìn)行。因此，如上所述，可以有利于再次注入電解質(zhì)，可以將足夠量的電解質(zhì)供應(yīng)到電極板的孔中，并且可以在整個(gè)堆疊體200中均勻地分散電解質(zhì)。電解質(zhì)在注入之后被存放，使得隔板130被電解質(zhì)充分浸潰。此后，通過升高溫度來允許電解質(zhì)內(nèi)的引發(fā)劑引發(fā)聚合反應(yīng)，來產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)。交聯(lián)反應(yīng)使得電解質(zhì)進(jìn)行膠凝，并且由此形成非流體的電解質(zhì)層，從而防止電解質(zhì)的流動(dòng)。最后，去除未膠凝的電解質(zhì)的殘留物，并且該去除可以通過使用真空來進(jìn)行。根據(jù)本發(fā)明，電解質(zhì)包含作為基材的有機(jī)碳酸鹽，諸如，碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯或碳酸二甲酯；非質(zhì)子有機(jī)溶劑，諸如，Y-丁內(nèi)酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、或金屬醋酸鹽；以及通過溶解LiBF4、LiPF4、LiN(S02CF3)2、LiN(SO2C2F5)2等所獲得的有機(jī)電解液，以對(duì)其它基材提供離子導(dǎo)電性。電解質(zhì)還包含熱固化單基體和用于引發(fā)其熱固化的引發(fā)劑。用作根據(jù)本發(fā)明的電解質(zhì)的這樣的混合物通過熱固化來進(jìn)行交聯(lián)，從而具有高機(jī)械強(qiáng)度和將電解質(zhì)保持在其中的卓越能力，由此而防止電解質(zhì)的流動(dòng)。以上述方式制造的雙極性電池可以通過多次充電和放電而活化。下面將詳細(xì)描述本發(fā)明；然而，本發(fā)明不限于這樣的描述。實(shí)施例在充當(dāng)集電極111的鋁箔的一側(cè)上施加用于正電極113a的漿料，該漿料包含作為用于正電極113a的正電極活性材料的鋰錳氧化物(LMO)、作為導(dǎo)電劑的炭黑和作為粘合劑的PVDF，并且在鋁箔的另一側(cè)上施加用于負(fù)電極113b的漿料，該漿料鋰鈦氧化物(LTO)、作為導(dǎo)電劑的炭黑、作為粘結(jié)劑的PVDF。此后，得到的結(jié)構(gòu)用熱空氣在150°C的溫度下干燥兩分鐘。隨后，將改性PE聚合物作為粘結(jié)膜121施加到集電極111的四個(gè)電極-未涂布邊緣表面的兩個(gè)相反側(cè)的頂表面和底表面二者，以與電極層113a和113b的邊緣間隔開預(yù)定距離。此后，將PET材料的多孔無紡布作為隔板130堆疊在雙極性電極-粘結(jié)膜組件120的頂側(cè)和底側(cè)二者上，并且通過粘結(jié)膜與集電極111粘結(jié)性地結(jié)合，從而進(jìn)行一體化。以這樣的方式來制造雙極性電極/隔板組件100。然后，將以上述方式制造的兩個(gè)雙極性電極/隔板組件100與設(shè)置在頂表面和底表面上的電極一起使用，以便于形成具有三層串聯(lián)結(jié)構(gòu)的雙極性堆疊體200，其中順序組裝負(fù)電極113b、隔板130、雙極性電極-粘結(jié)膜組件120、以及雙極性電極/隔板組件100和正電極113a，該負(fù)電極113b具有設(shè)置在涂布表面的未涂布部分的兩個(gè)長(zhǎng)的側(cè)上的粘結(jié)膜，正電極113a具有設(shè)置在涂布表面的未涂布部分的兩個(gè)長(zhǎng)的側(cè)上的粘結(jié)膜。然后，將堆疊體200置于具有升高到100°C的溫度的腔室中并進(jìn)行加壓，從而進(jìn)行受熱壓縮和一體化。此后，將一體化的堆疊體200插入電池封裝內(nèi)，將包含丙烯酸酯和過氧化物基引發(fā)劑的電解液注入其中，并且將得到的結(jié)構(gòu)在室溫下存放12個(gè)小時(shí)，使得隔板130可以由電解液充分浸潰。然后，通過將溫度升高至85°C來引發(fā)電解質(zhì)的交聯(lián)反應(yīng)。通過施加真空來去除交聯(lián)反應(yīng)完成之后剩余的電解質(zhì)。最后，通過進(jìn)行在8V至6V范圍內(nèi)的兩個(gè)充電/放電循環(huán)來活化以上述根據(jù)本發(fā)明的方式制造的雙極性電池。權(quán)利要求
1.一種雙極性電極/隔板組件，包括 雙極性電極-粘結(jié)膜組件，所述雙極性電極-粘結(jié)膜組件包括雙極性電極，所述雙極性電極分別在集電極的頂側(cè)和底側(cè)的中央部分上保持能夠具有不同極性的活性材料；以及粘結(jié)膜，所述粘結(jié)膜在所述集電極的頂表面和底表面二者上，該頂表面和底表面相對(duì)于所述雙極性電極中的其上未涂布有電極層的所述集電極的四個(gè)未涂布的邊緣側(cè)中的至少兩個(gè)而言；以及 隔板，所述隔板堆疊在所述雙極性電極-粘結(jié)膜組件的頂表面和底表面二者或中的一個(gè)上， 其中，所述集電極和所述隔板通過所述粘結(jié)膜直接結(jié)合，從而密封所述雙極性電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性電極/隔板組件，其中，所述粘結(jié)膜包括こ烯-醋酸こ烯共聚物(EVA)膜或改性聚こ烯(PE)聚合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性電極/隔板組件，其中，所述集電極是具有從10微米至20微米范圍的厚度的金屬箔。
4.ー種雙極性電池，包括根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性電極/隔板組件。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙極性電池，其中，所述雙極性電極/隔板組件包括兩個(gè)或更多個(gè)雙極性電極/隔板組件，所述兩個(gè)或更多個(gè)雙極性電極/隔板組件被堆疊成使得具有相反極性的其電極層彼此面對(duì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙極性電池，其中，所述雙極性電池的電解質(zhì)處于凝膠狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的雙極性電池，其中，所述電解質(zhì)通過熱交聯(lián)反應(yīng)被形成為所述凝膠狀態(tài)。
8.—種制造雙極性電極/隔板組件的方法，所述方法包括 (a)將正電極活性材料和負(fù)電極活性材料施加到集電極的頂側(cè)和底側(cè)的中央部分，以與所述集電極的邊緣間隔開預(yù)定距離，并且對(duì)其進(jìn)行干燥，由此將正電極和負(fù)電極分別布置在所述集電極的兩個(gè)表面上，從而形成雙極性電極； (b)將室溫下不具有粘結(jié)性的粘結(jié)膜施加在所述集電極的頂表面和底表面二者上，該頂表面和底表面相對(duì)于所述雙極性電極中其上未涂布有電極層的所述集電極的四個(gè)未涂布邊緣表面中的包括相反側(cè)的至少兩側(cè)而言；以及 (c)將隔板堆疊在所述雙極性電極的頂表面和底表面二者或中的ー個(gè)上并加熱，從而由所述粘結(jié)膜粘結(jié)性地密封，由此使所述集電極和所述隔板一體化。
9.一種制造雙極性電扱/隔板組件的方法，所述方法包括 (a)以矩形電極圖案的形式將正電極活性材料和負(fù)電極活性材料有間隔地施加到連續(xù)的集電極的頂表面和底表面二者，并且對(duì)其進(jìn)行干燥，由此將正電極布置在所述連續(xù)的集電極的ー個(gè)表面上，而將負(fù)電極布置在所述連續(xù)的集電極的另ー個(gè)表面上，從而形成多個(gè)雙極性電極； (b)將室溫下不具有粘結(jié)性的粘結(jié)膜連續(xù)地施加到所述連續(xù)的集電極的頂表面和底表面二者，從而形成多個(gè)雙極性電極-粘結(jié)膜組件，該頂表面和底表面相對(duì)于所述連續(xù)的集電極的四個(gè)未涂布邊緣表面中的包括相反側(cè)的至少兩側(cè)而言，所述四個(gè)未涂布邊緣表面位于所述多個(gè)雙極性電極中的每ー個(gè)的所施加的電極圖案的四個(gè)外邊緣處；以及 (C)將隔板堆疊在多個(gè)雙極性電極-粘合劑組件的各自的頂表面上并對(duì)其加熱，以由所述粘結(jié)膜粘結(jié)性地密封，由此使所述連續(xù)的集電極和所述隔板一體化，并且對(duì)進(jìn)行切割，以形成単元雙極性電極/隔板組件。
10.一種制造雙極性電池的方法，所述方法包括 (a)將根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性電極/隔板組件堆疊在另ー個(gè)雙極性電極/隔板組件上，同時(shí)在其間與根據(jù)權(quán)利要求I所述的雙極性電扱-粘結(jié)膜組件進(jìn)行交替，從而形成包括至少兩個(gè)雙極性電極/隔板組件的堆疊體； (b)通過受熱壓縮來使所述堆疊體一體化； (C)將一體化的堆疊體插入電池封裝并且將電解液注入其中，從而用所述電解液浸潰根據(jù)權(quán)利要求I所述的隔板； (d)通過熱交聯(lián)反應(yīng)使已經(jīng)用其浸潰所述隔板的所述電解液膠凝，從而形成電解質(zhì)層；以及 (e)去除所述電解液的殘余物。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，通過將所述堆疊體置于具有升高到80°C至150°C的溫度的溫度的腔室內(nèi)并且對(duì)其施加壓カ來進(jìn)行所述受熱壓縮。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙極性電極對(duì)/分隔膜組件，該雙極性電極對(duì)/隔板組件包括雙極性電極對(duì)-粘結(jié)膜組件，該雙極性電極對(duì)-粘結(jié)膜包括用于形成電極層的雙極性電極對(duì)，其包含在當(dāng)前集電極板的上側(cè)和下側(cè)二者的中央部分中的具有不同極性的活性材料；以及粘結(jié)膜，該粘結(jié)膜相對(duì)于至少兩個(gè)或更多個(gè)側(cè)形成在雙極性電極對(duì)中的不包含電極層的未涂布的當(dāng)前集電極板的四個(gè)側(cè)的上側(cè)和下側(cè)或中的一側(cè)上；以及分隔膜，該分隔膜層疊在雙極性電極對(duì)-粘結(jié)膜組件的上側(cè)和下側(cè)二者或中的一側(cè)上。此外，本發(fā)明提供一種雙極性電極對(duì)/分隔膜組件，包括雙極性電極對(duì)/分隔膜組件的雙極性電池，及其制造方法，其中當(dāng)前集電極板和分隔膜由粘結(jié)膜直接結(jié)合，從而密封該雙極性電極對(duì)。根據(jù)本發(fā)明，由于雙極性電極對(duì)和分隔膜組件根據(jù)使用目的電連接，能夠提供具有期望容量和期望電壓的電池。
文檔編號(hào)C09J7/00GK102668225SQ201080052435
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2010年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月18日
發(fā)明者尹逢國(guó), 鄭根昌 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)