專(zhuān)利名稱(chēng)：電容器-電池結(jié)構(gòu)的混合型電極組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括多個(gè)可以#皮充電和》文電的電極組的混合型電極組件，其中各個(gè)電極組被構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)，其中陰極和陽(yáng)極彼此相對(duì)，同時(shí)隔板布置在陰極和陽(yáng)極之間，并且至少一個(gè)電極組是電容器型電極組，本發(fā)明還涉及一種包括上述電極組件的二次電池。
背景技術(shù)：
隨著移動(dòng)設(shè)備的日益發(fā)展以及這些移動(dòng)設(shè)備的要求增加，二次電池作為移動(dòng)設(shè)備的能量來(lái)源其要求也明顯增加。在這些二次電池中有一種具有高能量密度和高放電電壓的鋰二次電池，已經(jīng)對(duì)這種鋰二次電池進(jìn)行了大量研究并且現(xiàn)在這種鋰二次電池已經(jīng)商業(yè)化并被廣泛應(yīng)用。
但是，二次電池具有的問(wèn)題在于，雖然二次電池具有高能量密度，但由于瞬時(shí)高電流，二次電池的充電和放電效率低。為了解決二次電
池的上述問(wèn)題，近來(lái)已經(jīng)對(duì)一種用于將電雙層電容器(EDLC)系統(tǒng)地結(jié)合到常規(guī)鋰離子聚合物電池(LIPB)的技術(shù)進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。
另 一方面，歐洲移動(dòng)電話(huà)制造公司所廣泛采用的全球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)需要在放電循環(huán)期間在一短時(shí)段內(nèi)提供高電流。但是，當(dāng)采用GSM時(shí)，常規(guī)二次電池的容量在二次電池的高速充電和放電期間嚴(yán)重減小，因此該問(wèn)題的解決方案顯得非常迫切。
通常，電容器是一種在對(duì)該電容器施加電壓期間集聚電荷的器件。電容器展現(xiàn)出高輸出特性。電容器的典型實(shí)例是電化學(xué)電容器，該電化學(xué)電容器可以被分為電雙層電容器(EDLC)或偽電容器。電雙層電容器作為一種器件，通過(guò)將在電解質(zhì)上的離子和在電極上的電子充注于在電極和電解質(zhì)之間的界面處形成的電雙層來(lái)儲(chǔ)存電荷。偽電容器是一種利用法拉第反應(yīng)而在鄰近電極材料的表面之處儲(chǔ)存電子的器件。
電雙層電容器包括一等效電路，該等效電路被構(gòu)造為一種其中雙層電容和等效串聯(lián)電阻(ESR)被彼此串聯(lián)連接的結(jié)構(gòu)。在此情況下，所述雙層電容正比于電極的表面積，并且ESR是電極的電阻、電解質(zhì)溶液的電阻以及在電極孔隙內(nèi)電解質(zhì)的電阻的總和。電雙層電容器的瞬間高輸出特性?xún)?yōu)異；但是，與常規(guī)二次電池相比，電雙層電容器的能量密度和儲(chǔ)存性能低。
被構(gòu)造為一種其中具有上述特性的電容器被結(jié)合至二次電池的結(jié)構(gòu)的一種混合型電池具有提高的瞬時(shí)輸出和高能量密度。然而，通常所述混合型電池通過(guò)將彼此分離的二次電池和電容器互連來(lái)制造。因此，混合型電池的制造過(guò)程被復(fù)雜化，并且增大了混合型電池的安裝空間，結(jié)果導(dǎo)致并未實(shí)現(xiàn)電池的最小化。
在此方面，已經(jīng)提出了一種被構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)的電儲(chǔ)存裝置，在該結(jié)構(gòu)中，電容器被簡(jiǎn)單地包含在具有酸性電解質(zhì)的電池內(nèi)，所述酸性電解質(zhì)--特別地是電化學(xué)活性聚合物一作為電極活性材料被應(yīng)用于陰極和陽(yáng)極的至少一側(cè)。但是，這種裝置在結(jié)構(gòu)上難于制造，結(jié)果難以大規(guī)模生產(chǎn)該裝置。此外，所述酸性電解質(zhì)用作電解質(zhì)。因此，當(dāng)將諸如鋰鈷氧化物(LiCo02)和石墨之類(lèi)的二次電池電極應(yīng)用于該裝置時(shí)，會(huì)發(fā)生該裝置的循環(huán)退化。
另一方面，碳材料通常用作電雙層電容器的電極材料。為使碳材料展現(xiàn)出優(yōu)良的電雙層電容器特性，要求(i )碳材料包括大量孔隙，以提供大比表面積，(ii )碳材料具有高傳導(dǎo)率，因此當(dāng)電極用該碳材料制造時(shí)，該碳材料具有低電極電阻，以及(iii )碳材料的孔隙具有足夠大的尺寸，碳材料的孔隙之間的連通性?xún)?yōu)良，由此孔隙的表面易于被電解質(zhì)溶液濕潤(rùn)以形成寬的電雙層，并且電解質(zhì)離子易于移動(dòng)，從而快速進(jìn)4亍充電和i文電。
對(duì)于常規(guī)電容器，為滿(mǎn)足上述條件，使用活性碳作為電極材料。但是，活性碳相對(duì)昂貴，結(jié)果導(dǎo)致電容器的制造成本增加，因此難以大規(guī)模生產(chǎn)常規(guī)電容器。
因此，非常需要一種能夠從根本上解決上述多個(gè)問(wèn)題的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，作出了本發(fā)明，以解決上述問(wèn)題以及其它仍須解決的技術(shù)問(wèn)題。
具體而言，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種混合型電極組件，其中
電容器和二次電池的結(jié)合系統(tǒng)被包含在單個(gè)電池(cell )中，由此通過(guò)簡(jiǎn)化的制造過(guò)程來(lái)制造該混合型電極組件，同時(shí)該混合型電極組件具有較為緊湊的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的另一目的是提供一種混合型電極組件，其中可用于電容器的電極材料的種類(lèi)增多，從而使該混合型電極組件被制造為使得該混合型電極組件展現(xiàn)出所期望的電池特性，同時(shí)降低該混合型電極組件的制造成本。
本發(fā)明的又一目的是提供一種包含所述混合型電極組件的二次電池，由此該二次電池具有所期望的高輸出、高能量密度以及連續(xù)充電和放電的特性。
才艮據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，通過(guò)提供一種包含多個(gè)可以?xún)羝こ潆姾头烹姷碾姌O組的電極組件，可以實(shí)現(xiàn)上述目的和其它目的，其中各個(gè)電極組被構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，陰極和陽(yáng)極彼此相對(duì)，同時(shí)隔板布置在該陰極和陽(yáng)極之間，并且至少一個(gè)電極組是電容器型電極組。
具體地，具有相對(duì)高速放電特性的電容器型電極組被結(jié)合在具有高能量密度以及充電和放電特性的所述多個(gè)電極組之間，從而在它們之間補(bǔ)充電池特性。
基于其中可被充電和放電的電極組件被安裝在電池殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)(外部結(jié)構(gòu))，電極組件可以被分為圓柱形電極組件或平板狀電極組
件。另一方面，基于電極組件的堆疊結(jié)構(gòu)(內(nèi)部結(jié)構(gòu))，電極組件可以被分為凝膠巻型(jelly-roll type)電極組件或堆疊型電極組件。
凝膠巻型電極組件可以被構(gòu)造為圓柱形結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中長(zhǎng)片型陰極和長(zhǎng)片型陽(yáng)極被堆疊，同時(shí)隔板布置在陰極和陽(yáng)極之間，并且陰極、隔板和陽(yáng)極被巻繞成截面為圓形的形式。替代地，凝膠巻型電極組件可以被構(gòu)造為平板狀結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中陰極、隔板和陽(yáng)極被巻繞成圓柱形結(jié)構(gòu)，然后該圓柱形結(jié)構(gòu)沿橫向方向被擠壓。另一方面，堆疊型電極組件可以被構(gòu)造為平板狀結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中被切割成預(yù)定尺寸的陰極和陽(yáng)極順序堆疊，同時(shí)隔板布置在陰極和陽(yáng)極之間。
優(yōu)選地，電極組件被構(gòu)造為復(fù)合型結(jié)構(gòu)(堆疊/折疊型結(jié)構(gòu))，在該結(jié)構(gòu)中作為單元電池的雙電池(bicell )或全電池(full cell )被 構(gòu)造為堆疊結(jié)構(gòu)，并且在雙電池或全電池位于長(zhǎng)分隔膜(分隔片)上 的同時(shí)，將雙電池或全電池順序巻繞，以^f吏得雙電池或全電池大致以 平板狀結(jié)構(gòu)布置。
每一個(gè)全電池是一個(gè)被構(gòu)造為陰極/隔板/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的單元電池。 具體地，全電池是具有分別定位在其相對(duì)兩側(cè)的陰極和陽(yáng)極的電池。 例如，全電池或者可以是具有為基本結(jié)構(gòu)的陰極/隔板/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的電 池，或者可以是具有陰極/隔板/陽(yáng)極/隔板/陰極/隔板/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的電 池。為了使用全電池構(gòu)造諸如二次電池的電化學(xué)電池，有必要將多個(gè) 全電池順次堆疊，以使得陰極和陽(yáng)極彼此面對(duì)，同時(shí)分隔膜布置在各 全電'池之間。
另一方面，每個(gè)雙電池是在其相對(duì)兩側(cè)具有相同電極的電池。例 如，雙電池可以是被構(gòu)造為陰極/隔板/陽(yáng)極/隔板/陰極結(jié)構(gòu)的電池，
或者是被構(gòu)造為陽(yáng)極/隔板/陰極/隔板/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的電池。為了使用雙 電池構(gòu)造包括二次電池在內(nèi)的電化學(xué)電池，需要堆疊多個(gè)雙電池，以 使得被構(gòu)造為陰極/隔板/陽(yáng)極/隔板/陰極結(jié)構(gòu)的雙電池與被構(gòu)造為陽(yáng) 極/隔板/陰極/隔板/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的雙電池彼此面對(duì)，同時(shí)分隔膜布置在 各歡電'池之間。
所述堆疊/折疊型電極組件的細(xì)節(jié)公開(kāi)于韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公布文本 No. 2001-0082058、 No. 2001-0082059和No. 2001-0082060中，這些專(zhuān) 利申請(qǐng)都是以本專(zhuān)利申請(qǐng)申請(qǐng)人的名義提交的。上述專(zhuān)利公布文本的 公開(kāi)內(nèi)容特此通過(guò)引用的方式納入本文中，如同在本文中詳盡闡述一 樣。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的電極組件被構(gòu)造為一種堆疊/折疊型結(jié)構(gòu)， 該結(jié)構(gòu)包括作為電極組的上述全電池或雙電池型單元電池。在所述堆 疊/折疊型電極組件中，電容器型電極組用作單元電池，如所述全電池 或雙電池那樣。因此，在電極組件的裝配過(guò)程期間易于處理電容器型 電極組，并且所制得的電極組件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性?xún)?yōu)良。
根據(jù)本發(fā)明，電極組件的單元電池(電極組)中的至少一個(gè)被構(gòu) 造為電容器型單元電池(電極組)。因此，可以將電容器和二次電池 的結(jié)合系統(tǒng)包含在單個(gè)電池中。而且，通過(guò)與制造二次電池所用的常
6規(guī)電極組件的過(guò)程基本相同的過(guò)程，來(lái)制造根據(jù)本發(fā)明的電極組件， 雖然該根據(jù)本發(fā)明的電極組件被構(gòu)造為一種包括兩種電極組(二次電 池型電極組和電容器型電極組)的結(jié)構(gòu)。因此，非常易于將根據(jù)本發(fā) 明的電極組件應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)，并且可以抑制電極組件的循環(huán)退化。
電容器型單元電池可以被構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)其中隔板布置在陰極 和陽(yáng)極之間，該陰極和陽(yáng)極具有被應(yīng)用于金屬片的碳基材料。根據(jù)情 況，電容器型單元電池可以被構(gòu)造為雙電池結(jié)構(gòu)或全電池結(jié)構(gòu)。此外， 電容器型單元電池可以被構(gòu)造為單一電極結(jié)構(gòu)。
電容器型單元電池的代表性實(shí)施例是電雙層電容器的單元電池。 當(dāng)直流電壓被施加到位于電解質(zhì)離子溶液中的一對(duì)固體電極時(shí)，負(fù)(-) 離子被靜電誘導(dǎo)到正(+ )極化電極，正(+ )離子被靜電誘導(dǎo)到負(fù)(-) 極化電極，結(jié)果使得在電極和電解質(zhì)之間的界面處形成電雙層。通過(guò) 以下的公式1計(jì)算所儲(chǔ)存電荷的容量。
在以上公式l中，e是介電常數(shù)，(J是電解質(zhì)離子的半徑，S是 比表面積、。
決定電雙層電容器容量的因素如下。如從以上公式l可看見(jiàn)的， 在形成所述雙層期間，比表面積越大，電解質(zhì)的介電常數(shù)越大以及離 子半徑越小，電雙層電容器的容量就越大。此外，基于電極內(nèi)阻(ESR)、 電極的孔隙分布與電解質(zhì)離子之間的關(guān)系、耐壓等等可以確定電雙層 電容器的容量。
電雙層電容器包括電極、隔板、電解質(zhì)和集電器。電容器的核心 是選擇用于電極的材料。要求電極材料具有高導(dǎo)電率、大比表面積以 及高電化學(xué)穩(wěn)定性，并且便宜。因此，電容器型單元電池可以被構(gòu)造 為如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中隔板布置在陰極和陽(yáng)極之間，該陰極和陽(yáng)極 具有被應(yīng)用于金屬片的碳基材料。
活性碳通常用作所述碳基材料。此外，石墨可以用作該碳基材料。 對(duì)于活性碳，多個(gè)孔隙分布在活性碳中，因此可以形成具有高充電容 量的電雙層。
另一方面，盡管石墨便宜，但由于其比表面積小而使得充電容量低，已經(jīng)已知石墨在被廣泛用作電容器的電極材料方面存在局限性。 然而，當(dāng)包括根據(jù)本發(fā)明的混合型電極組件的二次電池在其脈沖放電 期間，在高電流狀態(tài)下放電一短時(shí)段時(shí)，該混合型電極組件通過(guò)電容 器補(bǔ)充輸出能量。因此，使用小尺寸的電容器毫無(wú)可能，因此可以將 具有小比表面積的石墨用作電容器型電極組的電極材料。而且，該電 容器型電極組的電極材料是石墨，因此，即使當(dāng)常規(guī)鋰電解質(zhì)用作電 解質(zhì)時(shí)也不會(huì)發(fā)生循環(huán)退化。
下文將詳細(xì)描述石墨為何可以用作電容器型電極組的材料的原因。
如前文所述，作為被某些移動(dòng)制造公司采用的脈沖放電系統(tǒng)，全
球移動(dòng)通信系統(tǒng)(GSM)是一種如下系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中1700 mA的高電 流放電0. 6 ms， 100 mA的電流;故電4 ms,這構(gòu)成一個(gè)循環(huán)，并重復(fù) 該放電過(guò)程。4艮據(jù)本發(fā)明，在1700 mA的高電流;故電的0. 6 ms的時(shí)間 段內(nèi)，通過(guò)電容器補(bǔ)充電池的輸出。如以下的公式2所示計(jì)算在上述 輸出時(shí)間段內(nèi)所需的電荷Q"
所需電荷((h ) =1700 mA x 0. 6 ms=0. 00102 ( C ) =1 mC ( 2 )
普遍已知的石墨粉每單位表面積的電荷是35 |LiF/cm2。
而且，當(dāng)由于二次電池的充電和放電而導(dǎo)致的電勢(shì)變化情況是3
至4.2V時(shí)，電勢(shì)差A(yù)V是1.2V。
當(dāng)使用以下的公式3計(jì)算電容器所需的電容時(shí)，獲得通過(guò)以下等
式4計(jì)算出的值。
Q=CPx Vmax ( AV) (3) CP=0. 00102 C/l. 2V=850 p F( 4 )
如從以上等式4可見(jiàn)，所需的電容Cp是850 jaF。當(dāng)它除以石墨每 單位表面積的電荷35 juF/cm2時(shí)，所需的表面積僅是24. 2cm2?？紤]到 石墨的比表面積是3. 5mVg這一事實(shí)，石墨可用作根據(jù)本發(fā)明的電容 器型電極組的電極材料，盡管石墨的比表面積小于活性碳的比表面積。
所述堆疊/折疊型電極組件的除電容器型單元電池之外的其余單元電池(二次電池的單元電池)可以包括作為陰極活性材料的過(guò)渡金 屬氧化物和作為陽(yáng)極活性材料的碳基材料。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，
二次電池的單元電池被構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中鋁(Al)箔用作 陰極板，銅(Cu)箔用作陽(yáng)極板，LiCo02和石墨作為活性材料分別應(yīng)用 于陰極板和陽(yáng)極板的表面。
堆疊/折疊型電極組件被構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)其中多個(gè)單元電池被順 序巻繞，同時(shí)這些單元電池位于長(zhǎng)分隔膜上，以使得這些單元電池被 堆疊。因此，當(dāng)展現(xiàn)出相對(duì)高的抗穿透性(穿透抑制)的單元電池位 于堆疊結(jié)構(gòu)的最外位置時(shí)， 一定程度上抑制了在電池中由于針狀穿刺 部件而發(fā)生短路。本申請(qǐng)的發(fā)明人所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明，構(gòu)成一般鋰二 次電池的陽(yáng)極活性材料的碳基材料具有的抗穿透性高于構(gòu)成陰極活性 材料的鋰過(guò)渡金屬氧化物的抗穿透性。考慮到這方面，其陰極和陽(yáng)極 都由碳基材料制成的電容器型單元電池展現(xiàn)出相對(duì)高的抗穿透性。
因此，在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，堆疊結(jié)構(gòu)的最上面的單元電池和 最下面的單元電池是電容器型單元電池。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種包括具有如上所述構(gòu)造的電 極組件的二次電池。
所述二次電池被構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中可充電和可放電的 電極組件安裝在電池殼內(nèi)，同時(shí)該電極組件被浸漬以包含離子的電解 質(zhì)。特別地，根據(jù)本發(fā)明的電極組件優(yōu)選地應(yīng)用于使用平板狀電池殼 的二次電池，該平板狀電池殼具有小的機(jī)械強(qiáng)度，因此，當(dāng)二次電池 跌落或者外部沖擊被施加到二次電池時(shí)可容易地變形。
所述二次電池優(yōu)選為具有高能量密度、高放電電壓和高輸出穩(wěn)定 性的鋰二次電池。在其中，更優(yōu)選地使用鋰離子聚合物二次電池，因 為鋰離子聚合物二次電池發(fā)生電解質(zhì)泄露的可能性低、重量輕、制造 成本低并且能夠容易地被構(gòu)造成多種形式。構(gòu)成鋰二次電池的部件和 制造鋰二次電池的方法在本發(fā)明所屬的領(lǐng)域中眾所周知，因此將不給 出對(duì)它們的詳細(xì)描述。
優(yōu)選地，才艮據(jù)本發(fā)明的二次電池用于以脈沖充電和放電才莫式充電 和放電的裝置中。特別地，所述二次電池更有效地用于采用GSM充電 和放電模式的裝置中。
9如前文所述，在GSM模式下以高電流放電一短時(shí)段。因此，GSM 模式導(dǎo)致常規(guī)鋰離子電池或常規(guī)鋰離子聚合物電池的容量衰減。但是， 根據(jù)本發(fā)明的二次電池通過(guò)使用電容器，在以高電流放電一短時(shí)段的 同時(shí)補(bǔ)充所使用的輸出能量，從而在電池的脈沖》文電期間防止電池的 容量衰減。


根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述，將更清楚地理解本發(fā)明的上述和 其它目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)，在這些附圖中
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案的電極組件在被裝配之 前的平面圖2是圖解裝配根據(jù)本發(fā)明的電極組件的過(guò)程的立體圖； 圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案的電容器型單元電池的 分解立體圖4是示出了在根據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1執(zhí)行GSM脈沖放電之后根據(jù)一 個(gè)實(shí)施例和一個(gè)比較實(shí)施例制造的電池的容量變化的圖表；
圖5是示出圖4的鄰近3V切斷條件的一個(gè)區(qū)域的放大圖表；以及 圖6是一個(gè)圖表，示出了在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)施例2之后根據(jù)所述實(shí)施 例和所述比較實(shí)施例制造的電池的容量比和溶脹度。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案。然而，應(yīng)注 意，本發(fā)明的范圍并不受所示出的實(shí)施方案限制。
圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案的電極組件在被裝配之 前的平面圖，而圖2是圖解裝配根據(jù)本發(fā)明的所述電極組件的過(guò)程的 立體圖。
首先參照?qǐng)D1，在一連續(xù)的長(zhǎng)分隔膜30上定位有多個(gè)雙電池10, 每個(gè)雙電池具有陰極(陽(yáng)極)/隔板/陽(yáng)極(陰極)/隔板/陰極(陽(yáng)極) 的堆疊結(jié)構(gòu)。將這些雙電池10適當(dāng)?shù)夭贾?，以使得在陰極雙電池和陽(yáng) 極雙電池的巻繞過(guò)程期間在雙電池10的堆疊界面處陰極和陽(yáng)極彼此 相對(duì)。此時(shí)，電容器型單元電池21和22被用作在巻繞方向上定位在巻繞末端區(qū)域的兩個(gè)單元電池。
圖2示出了在雙電池的巻繞過(guò)程就要完成之前的電極組件。在完 成雙電池的巻繞過(guò)程之后，陰極端子11和陽(yáng)極端子12位于電極組件 的同一側(cè)。另一方面，在如圖1所示的巻繞方向上定位于巻繞末端區(qū) 域的所述兩個(gè)電容器型單元電池21和22，在雙電池的最后巻繞過(guò)程 中位于電極組件的最上端和最下端。因此，增大了抵抗針狀體穿入電 極組件的能力，同時(shí)提高了電極組件的效率。
圖3是一般地示出了根據(jù)本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施方案的電容器型單元 電池的分解立體圖。
參照?qǐng)D3,電容器型單元電池100被構(gòu)造為一種其中被切割成預(yù) 定尺寸的陰極板130、隔板140、陽(yáng)極板150、另一隔板140以及另一 陰極板130順序堆疊的結(jié)構(gòu)。電極頭(electrode tab) 110從每一陰 極板130的一側(cè)突出，電極頭120從陽(yáng)極板150的一側(cè)突出。每一隔 板140布置在對(duì)應(yīng)的陰極板130和陽(yáng)極板150之間。每一陰極板130 由鋁(Al)蕩制成，并且陽(yáng)極板150由銅(Cu)箔制成。作為活性材 料的石墨被應(yīng)用于電極板130和150。
然而，當(dāng)在圖1所示的巻繞過(guò)程期間，電容器型單元電池100在 圖3示出的箭頭所示的方向上與二次電池的通用雙電池10(參見(jiàn)圖1) 相對(duì)時(shí)，石墨被應(yīng)用于相對(duì)的陰極板130的內(nèi)表面Sa，而不應(yīng)用于該 相對(duì)的陰極板130的外表面Sb。因此，最大程度地抑制了在電容器型 單元電池100和二次電池的通用雙電池之間的相互作用。
如圖3所示具有定位在其相對(duì)兩側(cè)的陰極的單元電池可以;陂稱(chēng)為 電容器型陰極單元電池。另一方面，具有定位在其相對(duì)兩側(cè)的陽(yáng)極的 單元電池可以被稱(chēng)為電容器型陽(yáng)極單元電池。當(dāng)堆疊/折疊型電極組件 被構(gòu)造為圖l所示的形式時(shí)，電容器型陰極單元電池和電容器型陽(yáng)極 單元電池可以以相同方式用作二次電池的通用陰極和陽(yáng)極雙電池。
在下文中，將更詳細(xì)地描述本發(fā)明的實(shí)施例。但是，應(yīng)注意，本 發(fā)明的范圍并不受所示出的實(shí)施例限制。
將作為陰極活性材料的鋰鈷氧化物(LiCo02)應(yīng)用于鋁箔，并且將作為陽(yáng)極活性材料的石墨應(yīng)用于銅箔，以制造多個(gè)雙電池(具有陰 極/隔板/陽(yáng)極/隔板/陰極堆疊結(jié)構(gòu)的陰極雙電池和具有陽(yáng)極/隔板/陰 極/隔板/陽(yáng)極堆疊結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極雙電池)。此外，將石墨應(yīng)用于每一銅 箔的一個(gè)主表面以制造電容器型單元電池。
將陰極雙電池和陽(yáng)極雙電池適當(dāng)?shù)夭贾迷谶B續(xù)的長(zhǎng)分隔膜上，以 使得在雙電池和電容器型單元電池的堆疊過(guò)程期間，在雙電池和電容 器型單元電池之間的各個(gè)堆疊界面處陰極和陽(yáng)極彼此相對(duì)，并且電容
器型單元電池布置在沿巻繞方向的巻繞末端區(qū)域上。此后，以與圖2 所示方式相同的方式將雙電池和電容器型單元電池堆疊，以制造根據(jù) 本發(fā)明的混合型電極組件。
將制得的混合型電極組件安裝在電池殼內(nèi)，并且將鋰電解質(zhì)注入 到該電池殼中，以制造鋰二次電池。
以與實(shí)施例1相同的方法制造鋰二次電池，只是使用雙電池制造 電極組件，該電極組件不包括電容器型單元電池。
為了確認(rèn)根據(jù)實(shí)施例1和比較實(shí)施例1制造的相應(yīng)電池的容量變 化，在恒定電流(CC)為850 mA并且恒定電壓(CV )為4. 2V的條件 下，采用GSM^c沖才莫式，對(duì)電池充電，直至電池的電流達(dá)到50 mA， 并對(duì)電池》文電，直至電池的電壓達(dá)到3 V，以測(cè)量電池的容量。測(cè)量 結(jié)果圖示于圖4和5中。
參照這些附圖，根據(jù)實(shí)施例1制造的電池(混合型系統(tǒng))的充電 容量為950.2 mAh，其大于根據(jù)比較實(shí)施例l制造的電池(只有電池) 的充電容量929.7 mAh。而且，根據(jù)實(shí)施例1制造的電池(混合型系 統(tǒng))的放電容量為大約955 mAh,大于根據(jù)比較實(shí)施例1制造的電池 (只有電池)的放電容量——約945 mAh。因此，測(cè)量結(jié)果表明，根 據(jù)本發(fā)明的二次電池在GSM脈沖放電模式下具有優(yōu)良的特性。
12為了確認(rèn)根據(jù)實(shí)施例1和比較實(shí)施例1制造的兩種電池的循環(huán)特
性和溶脹變化，在與實(shí)驗(yàn)實(shí)施例l相同的條件下將電池充電和放電500 次，以測(cè)量電池的容量比(基于900 mAh)和溶脹度。測(cè)量結(jié)果圖示 于圖6中。
如圖6所示，測(cè)量結(jié)果表明，根據(jù)實(shí)施例1制造的電池(混合型 #1和#2)所展現(xiàn)出的循環(huán)特性?xún)?yōu)于根據(jù)比較實(shí)施例l制造的電池(常 規(guī)#1和#2)的循環(huán)特性。具體地，根據(jù)比較實(shí)施例1制造的電池在電 池的300次循環(huán)之后被觀察到有嚴(yán)重的循環(huán)退化，而4艮據(jù)實(shí)施例1制 造的電池在上文指定次數(shù)的電池循環(huán)之后放電容量大體被保持。而且， 測(cè)量結(jié)果表明，與根據(jù)比較實(shí)施例l制造的電池(常規(guī)#1和#2)的溶 脹相比，根據(jù)實(shí)施例1制造的電池(混合型#1和#2 )的溶脹被抑制。 并未發(fā)現(xiàn)使根據(jù)比較實(shí)施例1制造的電池的循環(huán)特性嚴(yán)重降低的因 素，但是，考慮到電池的循環(huán)特性退化時(shí)的時(shí)間點(diǎn)與電池的溶脹增大 時(shí)的時(shí)間點(diǎn)大致吻合的事實(shí)，可以推斷的是，由于電解質(zhì)的分解增加 了在電池中的氣體的量，因此電池的容量降低。
雖然出于說(shuō)明的目的已經(jīng)公開(kāi)了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，但本領(lǐng) 域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，在不偏離如所附權(quán)利要求所公開(kāi)的本發(fā)明的 范圍和精神的情況下，可以進(jìn)行各種改變、添加和替換。
工業(yè)適用性
如根據(jù)以上描述明顯的，本發(fā)明提供了一種混合型電極組件，其 中通過(guò)簡(jiǎn)化的制造過(guò)程，將電容器和二次電池的結(jié)合系統(tǒng)包括在單個(gè) 電池中。因此，本發(fā)明具有在不使容量退化的情況下降低電池組電池 (battery cell)的制造成本并改善脈沖充電和放電特性的效應(yīng)。
1權(quán)利要求
1.一種電極組件，包括多個(gè)可以被充電和放電的電極組，其中各個(gè)電極組被構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，陰極和陽(yáng)極彼此相對(duì)，同時(shí)隔板布置在所述陰極和陽(yáng)極之間，并且所述電極組中的至少一個(gè)是電容器型電極組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中所述電極組件被構(gòu)造為 堆疊/折疊型結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極組件，其中所述電極組件被構(gòu)造為 包括作為所述電極組的全電池或雙電池型單元電池的堆疊/折疊型結(jié) 構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電極組件，其中所述單元電池中的至少 一個(gè)是電容器型單元電池。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極組件，其中所述電容器型單元電池 被構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，隔板布置在具有被應(yīng)用于金屬片的 碳基材料的陰極和陽(yáng)極之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極組件，其中所述碳基材料是石墨和/ 或活性碳。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電極組件，其中所述電極組件被構(gòu)造為 如下結(jié)構(gòu)，其中在各單元電池位于長(zhǎng)分隔膜上的同時(shí)，各單元電池被 順序巻繞，以使得所述單元電池被堆疊，并且該堆疊結(jié)構(gòu)的最上面的 單元電池和最下面的單元電池是電容器型單元電池。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電極組件，其中，除了所述電容器型單 元電池之外，二次電池的其余單元電池包括作為陰極活性材料的過(guò)渡 金屬氧化物和作為陽(yáng)極活性材料的碳基材料。
9. 一種包括根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的電極組件的二次電池。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的二次電池，其中所述二次電池是鋰離子 聚合物電池。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的二次電池，其中所述二次電池以脈沖充 電和方文電模式被充電和》文電。
全文摘要
在此公開(kāi)了一種包括多個(gè)可以被充電和放電的電極組的混合型電極組件，其中各個(gè)電極組被構(gòu)造為如下結(jié)構(gòu)在該結(jié)構(gòu)中陰極和陽(yáng)極彼此相對(duì)，同時(shí)隔板布置在陰極和陽(yáng)極之間，并且所述電極組中的至少一個(gè)是電容器型電極組，在此還公開(kāi)了一種包含所述混合型電極組件的二次電池。在根據(jù)本發(fā)明的混合型電極組件中，通過(guò)簡(jiǎn)化的制造過(guò)程，將電容器和二次電池的結(jié)合系統(tǒng)包括在單個(gè)電池中。因此，本發(fā)明具有降低電池組電池的制造成本以及改善脈沖充電和放電特性同時(shí)不使容量退化的效應(yīng)。
文檔編號(hào)H01M10/46GK101517817SQ200780035265
公開(kāi)日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2007年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月31日
發(fā)明者李香穆, 林圣穆, 玄旿瑛, 金基雄 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)