專利名稱：以縱向折疊方式制備的電極組件及使用其的電化學電池的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及縱向折疊型電極組件及包含其的電化學電池，尤其涉 及通過連續(xù)分隔膜折疊的多個單元電池，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，所述分隔膜具有對 應至所述單元電池電極分接頭的開口，并且通過在分隔膜縱長(長度) 方向折疊單元電池來制造電極組件，同時放置單元電池使其電極分接 頭插入對應的開口，以及包含所述電極組件的電化學電池，如二次電 池。
背景技術：
隨著移動設備日益發(fā)展，以及對于這種移動設備的需求增加，對 于作為移動設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。
基于電極與電解質的構造，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，因為鋰離子聚合物電池電解質泄漏的可能性很低并且容易制造。
具有陰極/隔板/陽極結構并構成二次電池的電極組件， 一般可基于
電極組件的結構分為果凍巻(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定寬度及長度的長條型，使用隔板將 陰極與陽極隔開并且?guī)喞@陽極/隔板/陰極結構。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，因為電極活性材料可能會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構構建而成的組件，多個陰極與陽極單元 彼此依序堆疊。堆疊型電極組件具有一項優(yōu)點是其可建構為棱柱型結 構；不過，堆疊型電極組件具有制造堆疊型電極組件的工序復雜以及 麻煩的缺點，以及當外力撞擊到堆疊型電極組件時，堆疊型電極組件 的電極受到推擠而導致堆疊型電極組件中發(fā)生短路。
為了解決上述問題，已經(jīng)發(fā)展出一種具有新穎結構的電極組件， 其是果凍巻型電極組件與堆疊型電極組件的結合，即電極組件由這樣 結構構建而成，使用長的連續(xù)分隔膜來折疊的具有預定單元尺寸的陰 極/隔板/陽極結構的全電池，或具有陰極(陽極)/隔板/陽極(陰極)/ 隔板/陰極(陽極)結構的雙電池的結構。這種電極組件的實例公開于 韓國未審査專利公告第2001-82058號、第2001-82059號以及第 2001-82060號內，其同樣以本專利申請申請人的名義提出申請。以下， 具有上述結構的電極組件將稱為混合型電極組件。
具有固定在電池外殼內的上述堆疊型或混合型電極組件的二次電 池可構建成許多形狀。所述二次電池有代表性實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構構建而成，通過熱焊接電極(陰 極與陽極)和隔板制成的電極組件被電解質浸漬。通常，鋰離子聚合 物電池由這樣的結構構建而成，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。因此，鋰離子聚合物電池通常稱為 袋形電池。
圖1和圖2代表性地說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構。
參考這些附圖，鋰離子聚合物電池100由這樣的結構構建而成，包含陰極、陽極和位于所述陰極與所述陽極之間的隔板的電極組件300
放置在袋形電池外殼200內，電極組件300的陰極和陽極分接頭310 和320分別焊接至兩個電極導線400和410，以及電極組件300密封在 電池外殼200內，而電極導線400和410暴露于電池外殼200的外側。
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構 加上圖1內的堆疊型結構構建而成。堆疊型電極組件300由這樣的結 構構建而成，陰極分接頭310和陽極分接頭320分別焊接至電極導線 400和410，并且將絕緣膜500附接至電極導線400和410的上下表面， 來確保電極導線400和410與電池外殼200之間的電絕緣和密封。
當如鋰離子聚合物電池這類鋰二次電池暴露在高溫下，或當由于 過度放電、外部短路、釘穿刺、局部擠壓或掉落造成短路而在短時間 內流過大量電流時，電池會因為紅外熱生成而受熱，導致電池可能起 火或爆炸。隨著電池的溫度上升，電解質與電極之間的反應會加速。 結果，產(chǎn)生反應熱，并因此電池的溫度進一步上升，這加速了電解質 與電極之間的反應。結果，電池的溫度會急劇上升，并因此電解質與 所述電極之間的反應就會加速。此惡性循環(huán)造成電池的溫度急劇上升 的熱失控現(xiàn)象。當電池的溫度增加至預定的溫度水平，電池可能起火。 另外，由于電解質與電極之間的反應會產(chǎn)生氣體，因此電池的內部壓 力會增加。當電池的內部壓力增加至預定的壓力水平，鋰二次電池就 會爆炸。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。
尤其是，鋰離子聚合物電池的電池外殼是由具有低強度的柔性包 覆材料制成。結果，當電池外殼掉落或對電池外殼施加外力撞擊時，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內通過焊接連接至電極導線400和410。因此，當因為電池 掉落而在電池上端施加外力撞擊時，電極組件300會朝上端空間230a 移動，因此，電極導線400和410會與電極組件300的上端或緊外側 電極接觸，結果可能發(fā)生內部短路。在使用電池期間經(jīng)常會發(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。
某些常規(guī)技術提出一種將膠帶粘貼到電極組件預定位置上的方 法，以及一種用外來物質填充電有組件上部空間的方法，以避免因電 極組件的移動而造成內部短路。不過，這些方法都具有膠帶以及外來 材料會與電解質起化學反應的問題，因而降低電池性能。
除了上述安全相關問題外，在制造電池期間還會導致的問題之一 就是電解質對電極的浸漬，即潤濕性。
例如，鋰二次電池使用如鋰鈷氧化物(LiCo02)這類金屬氧化物 作為陰極活性材料，并使用碳作為陽極活性材料。聚烯烴基多孔隔板 放置在陽極與陰極之間，并且將包含如六氟磷酸鋰(LiPF6)這類鋰鹽 的非水電解質注入鋰二次電池內。以此方式來制造鋰二次電池。在鋰 二次電池的充電期間，鋰離子從陰極活性材料中釋出，然后嵌入陽極 的碳層內。另一方面，在鋰二次電池放電期間，將鋰離子從陽極的碳 層內釋出，然后嵌入陰極活性材料中。此時，非水電解質充當在陽極 與陰極之間移動的鋰離子的介質。鋰二次電池需要在電池的操作電壓 范圍內基本穩(wěn)定，并具有以充分高速轉移離子的性能。
非水電解質會在制造鋰二次電池的最后階段注入電池內。同時， 電解質必須迅速地且完全地潤濕電極，以便減少制造電池的必要時間 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子有機溶 劑主要用作鋰二次電池的非水電解質。這些電解質是為極性溶劑，其 具有足以有效地溶解與分離電解質鹽的極性，同時，非質子溶劑不具 有活潑氫。由于電解質內廣泛的交互作用，這類電解質具有高的粘度 和表面張力。因此，鋰二次電池的非水電解質對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，結果，該非水電解質不 容易潤濕該電極材料。這是無效地增加制造電池所需時間的一個主要 因素。
當執(zhí)行電池的活化操作而電解質卻尚未有效地潤濕所述電極時，
在陽極上就不會適當?shù)匦纬晒腆w電解質中間相(SEI)膜，因此會縮短 電池的使用壽命。
為此，在注入電解質后執(zhí)行另外的步驟，例如老化，用于使陽極 保持濕潤的狀態(tài)，以使電解質可充分潤濕陽極，或執(zhí)行特殊的步驟， 對電極施加真空或壓力，以便加速電解質潤濕電極。
如上述所構建的混合型電極組件具有許多優(yōu)點；然而，混合型電 極組件也具有缺點，就是分隔膜覆蓋了所述電極的側邊，因而電解質 僅接觸到所述電極的上和下端。 一般而言，電極的側邊比電極的上端 與下端長。因此在混合型電極組件內，電極接觸電解質的面積會縮小， 導致電解質的潤濕操作不可避免地增長。

發(fā)明內容
因此，作出本發(fā)明來解決上述問題以及尚未解決的其他技術問題。
具體地，本發(fā)明的第一目的是提供一種具有將內部短路減至最低 限度的結構的電極組件，即使當施加外部撞擊于電極組件，例如電極 組件掉落時，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，其具有在電化學電池組 裝過程中，能在短時間內執(zhí)行電解質浸漬(潤濕)電極的操作的結構。
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電池。
根據(jù)本發(fā)明，通過提供包括通過連續(xù)分隔膜折疊的多個單元電池 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，所述分隔膜具有對應于所述單元電池的電極分接 頭的開口，并且電極組件通過在所述分隔膜縱長(長度)方向折疊所 述單元電池，同時放置所述單元電池使其電極分接頭插入對應開口來 制造，這樣以達成上述和其他目的。
根據(jù)本發(fā)明的電極組件由這樣的結構構建而成，電極的上端通過
連續(xù)的分隔膜包覆。因此，即使當該電極組件因為電極組件的掉落而 在電池外殼的內部空間內移動，也可避免因為電極與電極導線之間接 觸而發(fā)生內部短路。還將相對長的電極組件的對邊暴露。結果，容易 將電解質浸漬至電極內，因此潤濕電極所需的時間就可大幅縮短。
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造以及使用雙電池與全電池構建電極組件的
方法完整地公開于韓國未審査專利公告第2001-82058號、第 2001-82059號以及第2001-82060號內，其同樣以本專利申請申請人的 名義申請。前述專利公告的全部公開內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/陽極單元結構來構建的電 池。具體地，全電池是具有位于其對邊的陰極與陽極的電池。全電池 的基本結構可以是陰極/隔板/陽極結構或陰極/隔板/陽極/隔板/陰極/隔 板/陽極結構。為了構建包含使用所述全電池的二次電池的電化學電池，需要將多個全電池相互堆疊，使得所述陰極與所述陽極彼此面對，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/陽極/隔板/陰極 單元結構，或陽極/隔板/陰極/隔板/陽極單元結構構建的電池。具體地， 雙電池是在其對邊具有相同電極的電池。雙電池的代表實例顯示在圖3 與圖4。以下，將具有陰極/隔板/陽極/隔板/陰極結構的電池稱為"C型
雙電池"，并且將具有陽極/隔板/陰極/隔板/陽極結構的電池稱為"A
型雙電池"。換言之，具有陰極放置在其對邊的電池為c型電池，而
具有陽極放置在其對邊的電池為A型電池。
建構雙電池的陰極、陽極與隔板數(shù)量并未特別設限，只要位于雙 電池對邊的所述電極具有相同結構即可。為了構建包含使用雙電池的 二次電池的電化學電池，需要將多個雙電池相互堆疊，使得C型雙電 池與A型雙電池彼此面對，而分隔膜放置于所述雙電池之間。
全電池與雙電池是通過將所述陰極與所述陽極相互連接，并將分 隔膜放置在陰極與陽極之間的方式來制造。連接方式的優(yōu)選實例是熱 焊接。
在全電池與雙電池中，陰極通過將陰極活性材料、導電劑和粘結 劑的混合物施加于陰極集流體(cathode current collector)，然后干燥 并沖壓(press)該陰極集流體來制備。根據(jù)情況，在混合物內可添加 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 流體并無特別限制，只要陰極集流體具有高導電性，且不會在電池內 引發(fā)任何化學變化即可。例如，陰極集流體可由不銹鋼、鋁、鎳、鈦 或塑膠碳(plastic carbon)制得。或者，陰極集流體可由表面經(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)，或被一種或多種過渡金屬取代 的化合物；由化學式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；由化學式LiMn2—xMx02 (這里 M=Co、 Ni、 Fe、 Cr、 Zn或Ta，并且x=0.01至0.1 )或化學式Li2Mn3M08
(這里M:Fe、 Co、 Ni、 Cu或Zn)所表示的錳鋰復合氧化物；化學式 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。
一般會添加導電劑，使得基于包含陰極活性材料的化合物總重， 導電劑有1至50重量百分比。導電劑并無特別限制，只要該導電劑具 有高導電性，并且在電池內不會引發(fā)任何化學變化即可。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；導電晶須，如氧化鋅和鈦酸 鉀；導電金屬氧化物，如氧化鈦；以及聚苯撐衍生物可用作導電劑。
用于陰極活性材料的粘結劑是有助于活性材料與導電劑間的接 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 作粘結劑的實例。所述填料是可任選的成份，其用于抑制陰極膨脹。對于填料并無 特別限制，只要其不會引起電池內化學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 均可用作填料的實例。
另一方面，可將陽極活性材料施用于陽極集流體，干燥并沖壓陽 極集流體來制造陽極。根據(jù)情況，在陽極活性材料內可添加導電劑、 粘結劑以及填料。
一般而言，陽極集流體具有3至500)im的厚度。陽極集流體并無
特別限制，只要陽極集流體具有高導電性，并在電池內不會引發(fā)任何 化學變化即可。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。類似陰極集流體，陽極集流體可在其 表面上形成細微凹凸部分，如此可增加陽極活性材料的附著力。陽極 集流體可采用許多形式構建，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；金屬復合氧化物，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;導電聚合物，如聚乙炔；或鋰-鈷-鎳基(Li-Co-Ni based)材料作為陽極活性材料。
所述隔板插入陰極與陽極之間。使用具有高離子滲透性和機械強 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。當采用如聚合 物這類固態(tài)電解質作為電解質時，該固態(tài)電解質也可同時作為隔板與 電解質。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由非水電解質和鋰組成?？墒褂梅撬娊赓| 溶液、固態(tài)電解質或無機固態(tài)電解質作為非水電解質。本發(fā)明可使用的非水電解溶液可由非質子有機溶劑制成，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)明采用的有機固態(tài)電解質的實例，提及可由以下物質制得 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、聚攪動賴氨酸(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的聚合物。本發(fā)明采用的無機固態(tài)電解質的實例，提及可由以下物質制得 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，在非水電解質內可添加 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 可進一步包括含鹵素溶劑，如四氯化碳和三氟乙烯。更進一步，為了 改善高溫儲存特性，非水電解質可額外包含二氧化碳氣體。當根據(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 來構建時，首先將多個單元電池排列在長條狀連續(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。所述分隔膜具有可 使單元電池的電極分接頭插入的開口。所述開口的尺寸足以讓所述電 極分接頭，或一對彼此面對的電極分接頭插入所述開口并通過所述開 口突出。若有可能，優(yōu)選開口的寬度小到足夠覆蓋所述電極的大部分 上端或一對彼此面對的電極的大部分上端。因此，當將所述單元電池 沿分隔膜的縱長方向連續(xù)地折疊，使得單元電池相互堆疊時，是電極 組件是制造成這樣的結構，所述各自單元電池的電極分接頭從分隔膜 突出，同時通過所述分隔膜實現(xiàn)所述單元電池間的電絕緣。


結合附圖，從下列詳細說明中，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，其中圖1是視圖，說明組裝常規(guī)袋形電池的步驟；圖2是透視圖，說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，其分別說明根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，使用如圖5及圖6所示的雙電池來制造電極組件的步驟；以及圖7是為說明根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例使用全電池來制造電 極組件的方法的通常的示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)在，將參照隨附的附圖來詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而， 應注意的是本發(fā)明的范疇并不僅限于所說明的實施例。圖5和圖6是分別為說明根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例使用雙電池來制 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構構建的。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，以及A型雙電池300和301的電極分接頭310和311 彼此面對。分隔膜100具有讓電極分接頭211和212、 310和311插入 的開口 110。將說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，第一 A型雙電池 300放置在與第一C型雙電池200距離為L (與雙電池的長度相應)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會與第一 A型雙電池300接觸，同時第一 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。 第二 C型雙電池201接觸第一 C型雙電池200，同時分隔膜100放置 于第二 C型雙電池201和第一 C型雙電池200之間。當如上述使用雙電池來制造電極組件時，放置相同類型的雙電池 使得雙電池的電極分接頭彼此面對，并且將與相同類型雙電池不同類 型的雙電池放置在相同類型雙電池的下端，以使不同類型的雙電池彼 此相鄰。結果，電極組件是以陰極/陽極/陰極/陽極結構制得的。同時， 沒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。在本說明書中，當 在折疊雙電池前將單元電池放置在分隔膜上時，將與分隔膜接觸的每 個雙電池的表面定義為后表面，并將每個雙電池的對面定義為前表面。隨著依序折疊雙電池，折疊的雙電池厚度就會增加。因此，相鄰 雙電池下端之間的距離會逐漸增加，如圖6內所示(LKL2)。圖7是為說明根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例使用全電池來制造電 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，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相隔一個全電池長度的距離的位置，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。當折疊第一全電池400時，第一全 電池400的后表面(陽極表面)會與第二全電池401的前表面(陰極 表面)接觸，同時第一全電池400的兩個表面都被該分隔膜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面對第二全電池401的電極分接頭411。第三全 電池402的前表面(陽極表面)會與第一全電池400的前表面(該陰 極表面)接觸，同時分隔膜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。當如上述使用全電池制造電極組件時，放置全電池使得全電池的 電極分接頭彼此面對，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。結果，電極組件 會以陰極/陽極/陰極/陽極結構來制造。同時，沒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，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 會沿折疊方向逐漸增加。在一個優(yōu)選實施例中，當以全電池或雙電池的形式構建的單元電 池放置在分隔膜上時，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。所述貼附可通過熱焊接實現(xiàn)。本發(fā)明還提供一種包含具有上述構造的電極組件的電化學電池。所述電化學電池有代表性的實例可以是二次電池。尤其是，優(yōu)選 使用以鋰離子作為介質的鋰二次電池。基于電極組件的形狀和電池外殼的結構與形狀，所述鋰二次電池 可分類為圓柱型電池、棱柱型電池或袋形電池。它們中，優(yōu)選當受到 外力撞擊，如該電池掉落時，會有安全相關問題的袋形電池應用于本 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脂層 的層壓板所制得的袋形外殼內的電池。 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電池，包括二次電池，的方法已為人所 熟知，因此將不作詳細說明。雖然揭露本發(fā)明優(yōu)選的實施例用于說明目的，然而本領域技術人 員可以在不超出如附隨的權利要求所公開的本發(fā)明的范圍和精神內， 進行各種修改、添加和替換。產(chǎn)業(yè)上的可利用性從以上說明書顯而易見，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題的混合型電極組件。因此，當外力撞擊 施加于所述電極組件時，例如電極組件掉落，可將發(fā)生內部短路的可 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 學電池組裝的過程中，于短時間內使電解質浸漬(潤濕)電極。
權利要求
1. 一種電極組件，其包括通過連續(xù)分隔膜折疊的多個單元電池，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，所述分隔膜具有對應于所述單元電池的電極分接頭的開口，并且所述電極組件是通過沿所述分隔膜的縱長(長度)方向折疊所述單元電池，同時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應的開口來制造的。
2. 如權利要求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. 如權利要求l所述的電極組件，其中所述分隔膜由與構成所述 單元電池的隔板相同的材料或不同的多孔薄膜所制成。
4. 如權利要求l所述的電極組件，其中所述單元電池通過熱焊接 貼附至所述分隔膜。
5. 如權利要求2所述的電極組件，其中，當使用雙電池作為所述 單元電池時，相同類型的雙電池(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，與相同類型的雙電池不同類型 的雙電池放置于相同類型的雙電池的下端，使不同類型的雙電池彼此 相鄰，沒有雙電池放置在與第一雙電池相鄰的區(qū)域內，由此提供與所 述雙電池的尺寸相應的間隔區(qū)域，并且在所述雙電池的折疊過程中， 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. 如權利要求2所述的電極組件，其中，當使用全電池作為所述 單元電池時，全電池放置成使所述全電池的電極分接頭彼此面對，而 使所述全電池的不同電極表面(陰極表面或陽極表面)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，沒有全 電池放置在與第一全電池相鄰的區(qū)域內，由此提供與所述全電池的尺 寸相應的間隔區(qū)域，并且在所述全電池的折疊過程中，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. —種電化學電池，其包含如權利要求l所述的電極組件。
9. 如權利要求8所述的電化學電池，其中所述電化學電池是二次 電池。
10. 如權利要求9所述的電化學電池，其中所述二次電池是使用 鋰離子作為介質的鋰二次電池。
11. 如權利要求IO所述的電化學電池，其中所述二次電池以如下 結構構建而成，電極組件安置在由包含金屬層和樹脂層的層壓板所制 成的袋形外殼內。
全文摘要
本發(fā)明于此公開了一種包括通過連續(xù)分隔膜折疊的多個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，所述分隔膜具有對應于所述單元電池的電極分接頭的開口，并且所述電極組件是通過于所述分隔膜的縱長(長度)方向折疊所述單元電池，同時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應的開口來制造的，以及包括所述電極組件的電化學電池，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題的混合型電極組件。因此，當外力撞擊施加于所述電極組件時，例如該電極組件掉落時，可將發(fā)生內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，其可在電化學電池組裝過程中，于短時間內讓電解質浸漬(潤濕)電極。
文檔編號H01M10/04GK101305493SQ200680041639
公開日2008年11月12日 申請日期2006年9月18日 優(yōu)先權日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 申請人:株式會社Lg化學