電極組件及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種卷筒型電極組件，其中將陰極、陽(yáng)極以及位于陰極和陽(yáng)極之間的、長(zhǎng)度大于寬度的隔膜一起進(jìn)行卷繞。所述隔膜的長(zhǎng)度大于所述陽(yáng)極和所述陰極的長(zhǎng)度。并且所述隔膜具有多孔基底、和置于所述多孔基底上且包含無(wú)機(jī)顆粒和粘合劑聚合物的混合物的多孔涂層。所述多孔涂層僅置于隔膜與陽(yáng)極和陰極對(duì)應(yīng)的區(qū)域。由于本發(fā)明的隔膜具有優(yōu)異的耐熱性，因此可以防止電池性能的劣化，并且可以防止在電池組裝過(guò)程中多孔涂層的脫離。
【專利說(shuō)明】電極組件及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種二次電池用電極組件和所述電極組件的制備方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種使用具有多孔涂層的隔膜的、并提高了耐熱性的二次電池用電極組件。
【背景技術(shù)】
[0002]本申請(qǐng)要求于2011年3月23日在韓國(guó)提交的第10-2011-0025851號(hào)韓國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容以引用的方式納入本說(shuō)明書(shū)中。
[0003]近來(lái)，能量?jī)?chǔ)存技術(shù)受到越來(lái)越多的關(guān)注。隨著能量?jī)?chǔ)存技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)大到移動(dòng)電話、便攜式攝像機(jī)、筆記本電腦甚至電動(dòng)汽車，人們?cè)絹?lái)越多地致力于電化學(xué)器件的研究和開(kāi)發(fā)。在這一方面，電化學(xué)器件已引起了最多的關(guān)注。能夠反復(fù)充電和放電的二次電池的開(kāi)發(fā)已成為特別關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，為提高電池的容量密度和比能，已進(jìn)行廣泛的研究和開(kāi)發(fā)來(lái)設(shè)計(jì)新的電極和電池。
[0004]目前已存在許多二次電池。在20世紀(jì)90年代初期開(kāi)發(fā)的鋰二次電池與常規(guī)的使用水性電解質(zhì)溶液的電池(例如，N1-MH電池、N1-Cd電池和H2SO4-Pb電池等)相比，具有更高的工作電壓和高得多的能量密度的優(yōu)點(diǎn)，因此獲得極大的關(guān)注。
[0005]通常，二次電池以如下方式構(gòu)成:單元電池以被層壓或被卷繞的結(jié)構(gòu)內(nèi)藏在金屬罐或?qū)訅浩瑲んw中，并且向其內(nèi)部注入或浸潰電解質(zhì)溶液，其中所述單元電池包括陰極、陽(yáng)極、以及位于該陽(yáng)極和陰極之間的隔膜。
[0006]二次電池的電極組件具有陰極/隔膜/陽(yáng)極結(jié)構(gòu)，通過(guò)所具有的構(gòu)造將其大致分為卷筒(jelly-roll)型(卷繞型)和堆疊型(層壓型)。分為:將隔膜插入在涂覆了活性材料的長(zhǎng)片狀的陰極和陽(yáng)極之間并卷繞而形成的折疊(卷筒)型電極組件；和通過(guò)將規(guī)定大小的多個(gè)陰極和陽(yáng)極在其中插入有隔膜的狀態(tài)下依次層壓而形成的堆疊型電極組件。其中，卷筒型電極組件很容易制備，并具有每單位重量的能量密度高的優(yōu)點(diǎn)。
[0007]多孔聚烯烴基底通常用作包含卷筒型電極組件的鋰二次電池的隔膜。多孔聚烯烴基底由于其材料特性和生產(chǎn)工藝(包括拉伸)，在100°c或更高的溫度下易于經(jīng)受極端的熱收縮。在此情況下，建議將有機(jī)-無(wú)機(jī)多孔涂層引入到隔膜，來(lái)作為一種旨在改善耐熱性的方法。然而，在電化學(xué)器件的制備過(guò)程中的卷繞之后取出心軸或切割隔膜時(shí)，可能導(dǎo)致缺陷。例如，無(wú)機(jī)顆粒可能從有機(jī)-無(wú)機(jī)多孔涂層中脫落或有機(jī)-無(wú)機(jī)多孔涂層本身可能與隔膜分離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)問(wèn)題
[0009]本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有改進(jìn)的耐熱性的電極組件，在電化學(xué)器件的制備過(guò)程中可以防止有機(jī)-無(wú)機(jī)多孔涂層與該電極組件的分離，以及所述電極組件的制備方法。
[0010]技術(shù)方案[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種卷筒型電極組件，其特征在于，其為將陽(yáng)極、陰極以及位于陽(yáng)極和陰極之間的隔膜(該隔膜的長(zhǎng)度大于寬度)一起卷繞的卷筒型電極組件，其中上述隔膜的長(zhǎng)度大于上述陽(yáng)極和上述陰極，并且具有多孔基底以及在該多孔基底的表面形成且包含無(wú)機(jī)顆粒和粘合劑聚合物的混合物的多孔涂層，上述多孔涂層僅在隔膜與陽(yáng)極和陰極對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成。
[0012]上述多孔基底可使用多孔聚烯烴基底。這種多孔聚烯烴基底優(yōu)選材料的實(shí)例包括聚乙纟布、聚丙纟布、聚丁纟布和聚戍火布。
[0013]作為無(wú)機(jī)顆粒，可以使用介電常數(shù)至少為5的無(wú)機(jī)顆粒、能夠傳遞鋰離子的無(wú)機(jī)
顆粒等。
[0014]介電常數(shù)至少為5的無(wú)機(jī)顆粒的優(yōu)選材料的實(shí)例包括BaTi03、Pb (ZrxlTi1JO3 (ΡΖΤ, 0〈χ〈1)、PVxLaxZivyTiyO3 (PLZT, 0〈x〈 I，0〈y〈 I)、(l-χ) Pb (Mg1/3Nb2/3)03_xPbTiO3(PMN-PT, 0〈x〈l)、二氧化鉿(HfO2)、SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO、CaO, ZnO, ZrO2,SiO2, Y2O3, Al2O3, SiC 和 Ti02。
[0015]能夠傳遞鋰離子的無(wú)機(jī)顆粒的優(yōu)選材料的實(shí)例包括磷酸鋰(Li3PO4)、磷酸鈦鋰(LixTiy (PO4) 3，0〈x〈2，0〈y〈3)、磷酸鈦鋁鋰(LixAlyTiz (PO4) 3，0〈x〈2，0〈y〈l，0〈z〈3)、(LiAlTiP)xOy 型玻璃(0〈x〈4，0〈y〈13)、鈦酸鑭鋰(LixLayTiO3, 0<x<2, 0〈y〈3)、硫代磷酸鍺鋰(LixGeyPzSw, 0<x<4, 0<y<l, 0〈z〈l，0<w<5)、氮化鋰(LixNy, 0<x<4, 0<y<2)，SiS2 型玻璃(LixSiySz, 0〈x〈3, 0<y<2, 0〈z〈4)和 P2S5 型玻璃(LixPySz, 0〈x〈3, 0<y<3, 0〈z〈7)。
[0016]作為粘合劑聚合物,可以使用例如聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(polyvinylidenef luori de-co-hexaf luoropropy Iene )> 聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯(polyvinylidenefluoride-co-trichloroethyIene)> 聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚丙烯酸丁酯(polybutylacrylate)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚乙烯基卩比咯燒酮(polyvinylpyrroIidone)> 聚乙酸乙烯酯(polyvinyIacetate)> 聚乙烯醇(polyvinylalchol)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯(polyethylene-co-vinyl acetate)、聚環(huán)氧乙燒(polyethylene oxide)、多芳基化合物(polyarylate)、乙酸纖維素(celluloseacetate)、乙酸丁酸纖維素(cellulose acetate butyrate)、乙酸丙酸纖維素(celluloseacetate propionate)、氰基乙基普魯蘭多糖(cyanoethylpullulan)、氰基乙基聚乙烯醇(cyanoethylpolyvinylalcohol )、氰基乙基纖維素(cyanoethylcellulose)、氰基乙基鹿糖(cyanoethylsucrose)、普魯蘭多糖(pulIulan)、羧甲基纖維素(carboxyl methylcellulose)、以及具有10，000g/mol或更低分子量的低分子量化合物。
[0017]優(yōu)選地，在多孔涂層中無(wú)機(jī)顆粒與粘合劑聚合物的組成比各自獨(dú)立地為50:50至99:1。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種二次電池，其具備電極組件、和將所述電極組件與電解質(zhì)溶液一起密封并容納的殼體。
[0019]有益效果
[0020]本發(fā)明的卷筒型電極組件包括具有有機(jī)-無(wú)機(jī)多孔涂層的隔膜，該多孔涂層僅在隔膜與陽(yáng)極和陰極對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成，因此電池具有良好的熱穩(wěn)定性；由于僅在隔膜與陽(yáng)極和陰極對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成多孔涂層，因此可以防止:在電化學(xué)器件的制備過(guò)程中的卷繞之后取出心軸或切割隔膜時(shí)可能發(fā)生的多孔涂層與隔膜分離。[0021]此外，由于在卷繞過(guò)程中防止多孔涂層與心軸之間的接觸，從而解決由不同的表面摩擦特性所導(dǎo)致的卷繞不良的問(wèn)題。本發(fā)明的電極組件如下構(gòu)造:在所述電極組件的最外表面上沒(méi)有形成多孔涂層，在隨后的加工過(guò)程中帶材(tape)會(huì)粘附于該最外表面上。由于該構(gòu)造，可以防止多孔涂層與隔膜分離。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]附圖示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，并且與上述公開(kāi)內(nèi)容一起對(duì)本發(fā)明的技術(shù)主旨提供進(jìn)一步的理解。然而，本發(fā)明不應(yīng)解釋為僅限于該附圖。
[0023]圖1是使用不具備一個(gè)實(shí)施方案的多孔涂層的隔膜的卷筒型電極組件的剖面圖。
[0024]圖2是使用具備一個(gè)實(shí)施方案的多孔涂層的隔膜的卷筒型電極組件的剖面圖。
[0025]圖3是使用一個(gè)實(shí)施方案的僅在隔膜與陽(yáng)極和陰極對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成的多孔涂層的隔膜的卷筒型電極組件的剖面圖。
[0026][附圖標(biāo)記說(shuō)明]
[0027]100，200，300:電極組件
[0028]110，210，310:第一隔膜
[0029]211，221，311，321:多孔基底
[0030]212，222，312，322:多孔涂層
[0031]120，220，320:第二隔膜
[0032]130，230，330:陰極
[0033]231，241，331，341:集流體
[0034]232，332:陰極活性材料層
[0035]140，240，340:陽(yáng)極
[0036]242，342:陽(yáng)極活性材料層
【具體實(shí)施方式】
[0037]在下文中，參照附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)闡述。在闡述之前，應(yīng)該理解的是，在本說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)被解釋為限于通用含義和字典含義，而應(yīng)該基于允許發(fā)明人為了最佳解釋可恰當(dāng)?shù)囟x術(shù)語(yǔ)的原則，基于對(duì)應(yīng)于本發(fā)明技術(shù)方面的含義和概念而解釋。
[0038]圖1是表示使用未形成一個(gè)實(shí)施方案的多孔涂層的隔膜的卷筒型電極組件的剖面圖，圖2是表示使用其兩個(gè)表面上均形成一個(gè)實(shí)施方案的多孔涂層的隔膜的卷筒型電極組件的剖面圖，圖3是表示使用一個(gè)實(shí)施方案的僅在隔膜與陽(yáng)極和陰極對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成多孔涂層的隔膜的卷筒型電極組件的剖面圖。在每個(gè)圖中的陰極和陽(yáng)極可以互換而配置。然而，這里所提出的描述僅僅是用于說(shuō)明目的的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，而不意欲限制本發(fā)明的范圍，應(yīng)當(dāng)理解在本申請(qǐng)的提交日在不脫離本發(fā)明的主旨和范圍的情況下可以對(duì)其進(jìn)行其它等同替換和修改。
[0039]通常，用于電池(例如圓柱形電池等)的卷筒型電極組件通過(guò)如下方法制備:將陰極、陽(yáng)極和隔膜層壓并卷繞而制備。該電極組件示于圖1中。
[0040]參照?qǐng)D1，卷筒型電極組件100是陰極130、陽(yáng)極140，和位于陰極板和陽(yáng)極板之間的隔膜110和120 —起卷繞而形成的。卷筒型電極組件100具有陰極130和隔膜110卷繞的中心部(core)。當(dāng)卷筒型電極組件100在充電或使用過(guò)程中產(chǎn)生熱量時(shí)，通常通過(guò)拉伸來(lái)制備的隔膜110和120發(fā)生熱收縮。該熱收縮的結(jié)果的是，陰極130可能會(huì)與陽(yáng)極140接觸，由此存在由短路而引起的火災(zāi)等危險(xiǎn)。
[0041]參照?qǐng)D2，在一個(gè)實(shí)施方案的電極組件200中，陰極230、第一隔膜210、陽(yáng)極240和第二隔膜220依次層壓，第一隔膜210包括多孔基底211和在上述多孔基底211的兩個(gè)表面形成的多孔涂層212，第二隔膜220包括多孔基底221和在上述多孔基底221的兩個(gè)表面上形成的多孔涂層222，多孔涂層212和222均包含無(wú)機(jī)顆粒和粘合劑聚合物的混合物。由于第一和第二隔膜210和220具備多孔涂層212和222而增強(qiáng)了耐熱性，因此陰極230和陽(yáng)極240之間的接觸被阻斷，從而可以防止電極之間的短路。在將電極組件200使用心軸而卷曲來(lái)制備卷筒型電極組件的過(guò)程中，當(dāng)在卷繞之后移除心軸時(shí)，可能會(huì)發(fā)生多孔涂層212和222分別與隔膜210和220分離的現(xiàn)象。在電極組件的制備過(guò)程中，當(dāng)切割隔膜時(shí)和卷繞后進(jìn)行捆扎(taping)時(shí)，多孔涂層212和222也可分別與隔膜210和220分離。與隔膜分離的多孔涂層會(huì)導(dǎo)致電池組裝過(guò)程中產(chǎn)生缺陷，從而導(dǎo)致電池組裝成品率降低。為了防止多孔涂層的分離，也可以使用過(guò)量的有機(jī)粘合劑。然而，在這種情況下，隔膜的電阻增加，這是電化學(xué)器件性能差的原因之一。
[0042]參照?qǐng)D3，在本發(fā)明的電極組件300中，陰極330、第一隔膜310、陽(yáng)極340和第二隔膜320依次層壓，第一隔膜310包括多孔基底311和在上述多孔基底311的兩個(gè)表面形成的多孔涂層312，第二隔膜320包括多孔基底321和在上述多孔基底321的兩個(gè)表面上形成的多孔涂層322，多孔涂層312和322均包括無(wú)機(jī)顆粒和粘合劑聚合物的混合物。由于僅在隔膜與陽(yáng)極340和陰極330對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成多孔涂層312和322，因此多孔涂層312和322的尺寸可比陽(yáng)極340和陰極330稍微更窄或更寬。多孔涂層312和322優(yōu)選比電極340和330更寬。多孔基底311和321的一些部位分別地未涂覆多孔涂層312和322。隔膜310和320的未涂覆部位并不限于特定的長(zhǎng)度范圍。未涂覆部位的長(zhǎng)度可依據(jù)情況進(jìn)行變化?；蛘?，基底311和321均可以具有在多孔基底的至少一個(gè)表面上形成的多孔涂層312和322。在本發(fā)明的電極組件300中，僅在隔膜與陽(yáng)極和陰極對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成多孔涂層，因此可以防止在電化學(xué)器件的制備過(guò)程中的卷繞之后的移除心軸的過(guò)程中多孔涂層312和322與隔膜的分離。此外，在卷繞過(guò)程中多孔涂層與心軸之間的接觸被阻斷，從而解決由不同的表面摩擦特性所導(dǎo)致的卷繞不良的問(wèn)題。當(dāng)通過(guò)依次層壓陰極、第一隔膜、陽(yáng)極和第二隔膜，隨后從層壓制件的一端繞心軸(mandrel)卷繞而制備常規(guī)的卷筒型電極組件時(shí)，在隔膜上形成的多孔涂層與心軸接觸而使得多孔涂層粘附于該心軸，這增加了多孔涂層與隔膜分離的可能性或在電極組件的構(gòu)造過(guò)程中卷繞并不令人滿意。與此相反，本發(fā)明的電極組件如下構(gòu)造:在隔膜與心軸接觸的區(qū)域不形成多孔涂層，這降低了多孔涂層分離的風(fēng)險(xiǎn)和卷繞不良的現(xiàn)象。多孔涂層分離風(fēng)險(xiǎn)的降低使得粘合劑聚合物的使用量減少。這導(dǎo)致了隔膜的電阻降低，其結(jié)果是，預(yù)計(jì)包括該電極組件的電化學(xué)器件將具有改進(jìn)的性能。
[0043]隔膜310和320通過(guò)間歇涂覆多孔涂層312和322來(lái)形成，使得在隔膜于隨后的加工過(guò)程中待切割的部位上不形成多孔涂層。這可以防止在電極組件的制備過(guò)程中切割隔膜時(shí)多孔涂層312和322與隔膜的分離。在卷繞之后需要一個(gè)捆扎工藝來(lái)固定電極組件。由于在所述電極組件300的最外表面上沒(méi)有形成多孔涂層，所以可以防止在捆扎過(guò)程中多孔涂層與隔膜分離。
[0044]如上所述，每一個(gè)多孔涂層均由無(wú)機(jī)顆粒和粘合劑聚合物的混合物構(gòu)成。在每一個(gè)多孔涂層中，粘合劑聚合物使無(wú)機(jī)顆粒彼此粘附(即粘合劑聚合物使無(wú)機(jī)顆粒之間連接和固定)，使得保持一種無(wú)機(jī)顆粒彼此粘合的狀態(tài)。粘合劑聚合物的作用還在于保持一種多孔涂層粘附于相應(yīng)的多孔基底的狀態(tài)。多孔涂層的無(wú)機(jī)顆粒實(shí)質(zhì)上彼此接觸，并且具有最緊密的壓縮結(jié)構(gòu)。無(wú)機(jī)顆粒彼此接觸時(shí)之間的間隙體積(interstitial volume)成為多孔涂層的孔隙。
[0045]卷繞后，將卷筒型電極組件插入到電池殼體中而制造電池。電池殼體可以是圓柱形或棱柱形?；蛘撸姵貧んw可以是一個(gè)小袋(pouch)形。當(dāng)將常規(guī)的電極組件插入電池殼體以制造電池時(shí)，所述電極組件的較大的表面摩擦力阻礙了電池的制備。鑒于此，本發(fā)明的卷筒型電極組件可任選使用另一種不含多孔涂層的隔膜，該隔膜具有足夠包圍所述電極組件的最外表面的面積。在這種情況下，所述電極組件的表面摩擦力并不大，這是因?yàn)椴缓嗫淄繉拥母裟け徊贾迷谒鲭姌O組件的最外表面上。當(dāng)將常規(guī)的卷筒型電極組件插入到電池外殼時(shí)，多孔涂層可能會(huì)因?yàn)榕c電池殼體的摩擦而與電極組件分離。與此相反，由于多孔涂層不暴露于本發(fā)明的卷筒型電極組件的最外表面，所以可以防止多孔涂層與隔膜分離。
[0046]在本發(fā)明中所使用的每一個(gè)多孔基底可包括多孔聚烯烴。多孔聚烯烴基底的優(yōu)選材料的實(shí)例包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚戊烯。
[0047]無(wú)機(jī)顆粒可以為介電常數(shù)至少為5的無(wú)機(jī)顆粒、傳遞鋰離子的無(wú)機(jī)顆粒。
[0048]介電常數(shù)至少為5的無(wú)機(jī)顆粒優(yōu)選選自BaTi03、Pb(Zrx，Ti1J O3 (ΡΖΤ, 0<χ<1) ,Pb1-xLaxZr1-yTiyO3 (PLZT, 0〈x〈l，0<y<l)、(l-χ) Pb (Mg1/3Nb2/3) O3-xPbTiO3 (PMN-PT, 0〈x〈l)、二氧化鉿(HfO2)、SrTiO3, SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO, ZnO, ZrO2、SiO2、Y203、Al2O3' SiC 和 TiO2 等顆粒。
[0049]傳遞鋰離子的無(wú)機(jī)顆粒優(yōu)選選自磷酸鋰(Li3PO4)顆粒、磷酸鈦鋰(LixTiy(PO4) 3, 0<x<2, 0<y<3)顆粒、磷酸鈦鋁鋰(LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<l, 0<z<3)顆粒、(LiAlTiP)xOy 型玻璃(0〈x〈4，0〈y〈13)顆粒、鈦酸鑭鋰(LixLayTiO3, 0〈x〈2，0〈y〈3)顆粒、硫代磷酸鍺鋰(LixGeyPzSw, 0〈x〈4,0〈y〈l, 0〈z〈l, 0〈w〈5)顆粒、氮化鋰(LixNy, 0<x<4, 0〈y〈2)顆粒、SiS2 型玻璃(LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4)顆粒、P2S5 型玻璃(LixPySz, 0〈x〈3, 0<y<3, 0〈z〈7)顆粒。
[0050]粘合劑聚合物可以選自聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(polyvinylidene fluoride-co-hexaf luoropropy Iene )> 聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯(polyvinylidenefluoride-co-trichloroethyIene)> 聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚丙烯酸丁酯(polybutylacrylate)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚乙烯基卩比咯燒酮(polyvinylpyrroIidone)> 聚乙酸乙烯酯(polyvinyIacetate)> 聚乙烯醇(polyvinylalcohol)、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯(polyethylene-co-vinyl acetate)、聚環(huán)氧乙燒(polyethylene oxide)、多芳基化合物(polyarylate)、乙酸纖維素(cellulose acetate)、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭多糖(cyanoethylpullulan)、氰基乙基聚乙烯醇(cyanoethylpolyvinylalcohol)、氰基乙基纖維素(cyanoethylcellulose)、氰基乙基鹿糖(cyanoethylsucrose)、普魯蘭多糖(pullulan)、羧甲基纖維素(carboxylmethyl cellulose)、以及具有10，000g/mol或更低分子量的低分子量化合物。
[0051]優(yōu)選地，在多孔涂層中無(wú)機(jī)顆粒與粘合劑聚合物的組成比各自獨(dú)立地為50:50至99:1。
[0052]本發(fā)明還提供了一種二次電池，其具備卷筒型電極組件、和將所述電極組件與電解質(zhì)溶液一起密封并容納的外殼。
[0053]陰極和陽(yáng)極的制備方法沒(méi)有特別的限制。各個(gè)電極可通過(guò)使用本領(lǐng)域已知的合適方法將電極活性材料粘合至電極集流體而制備。陰極活性材料可以是通常用于常規(guī)電化學(xué)器件的陰極的那些活性材料。特別優(yōu)選的陰極活性材料的非限制性實(shí)例包括鋰化氧化錳、鋰化氧化鈷、鋰化氧化鎳、鋰化氧化鐵，以及它們的復(fù)合氧化物。陽(yáng)極活性材料可以是通常用于常規(guī)電化學(xué)器件的陽(yáng)極的那些活性材料。特別優(yōu)選的陽(yáng)極活性材料的非限制性實(shí)例包括鋰、鋰合金、鋰嵌入材料(如碳、石油焦(petroleum、coke)、活性炭(activated carbon)、石墨(graphite)和其它碳材料)。適用于陰極的陰極集流體的非限制性實(shí)例包括鋁箔、鎳箔、及其結(jié)合。適用于陽(yáng)極的陽(yáng)極集流體的非限制性實(shí)例包括銅箔、金箔、鎳箔、銅合金箔、及其結(jié)合。
[0054]電解質(zhì)溶液由鹽和能夠溶解或離解該鹽的有機(jī)溶劑組成。該鹽具有由A+B—所表示的結(jié)構(gòu)，其中A+是堿金屬陽(yáng)離子，例如Li+、Na+、K+或其結(jié)合，且B_是陰離子，例如PF6_、BF4_、Cl' Br' 、ClO4' AsF6' CH3CO2' CF3SO3' N (CF3SO2) 2_、C (CF2SO2) 3_ 或其結(jié)合。適于溶解或離解該鹽的有機(jī)溶劑的實(shí)例包括但不限于碳酸異丙烯酯(PC)、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲亞砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氫呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸甲乙酯(EMC)和Y-丁內(nèi)酯。這些有機(jī)溶劑可以單獨(dú)使用或以其混合物的形式使用。根據(jù)制造工藝和最終產(chǎn)品的所需物理性質(zhì)，可以在電池的制備過(guò)程中在任何適當(dāng)?shù)牟襟E中注入電解液。具體地，電解質(zhì)溶液可能在電池組裝之前注入 或在電池組裝的最后步驟中注入。
[0055]電池殼體可以是本領(lǐng)域中常用的那些。根據(jù)電池的預(yù)期用途，對(duì)電池殼體的形狀沒(méi)有任何限制。例如，電池殼體可以是圓柱形或棱柱形?；蛘?，電池殼體可具有袋(pouch)或硬幣(coin)形狀。
[0056]本發(fā)明還提供了一種所述電極組件的制備方法。本發(fā)明的方法如下進(jìn)行。
[0057]首先，制備多孔基底。每一個(gè)多孔基底可以由多孔聚烯烴制成。多孔聚烯烴基底可以由選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚戊烯中的至少一種聚合物制成。將包括無(wú)機(jī)顆粒和粘合劑聚合物的混合物的漿料間歇涂覆在各個(gè)多孔基底的表面上以形成多孔涂層，從而完成具有多孔涂層的隔膜的制備。間歇涂覆漿料的方法沒(méi)有特別的限制。優(yōu)選刮涂或狹縫式涂布(slot die coating)。對(duì)于通過(guò)刮涂進(jìn)行衆(zhòng)料的間歇涂覆而言,刮刀可與多孔基底的表面周期性的接觸而進(jìn)行間歇涂覆。對(duì)于通過(guò)狹縫式涂布的間歇涂覆而言，調(diào)整供給漿料的泵供給量，使得漿料非連續(xù)供給到多孔基底的表面而進(jìn)行間歇涂覆。
[0058]此后，將隔膜介 于陰極和陽(yáng)極之間而進(jìn)行層壓，隨后進(jìn)行卷繞以制備卷筒型電極組件，其中隔膜具有僅在隔膜與陽(yáng)極和陰極對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成的多孔涂層。
[0059]本發(fā)明參照以下實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)地說(shuō)明。然而，這些實(shí)施例可以以各種不同的形式來(lái)體現(xiàn)，并且不應(yīng)該被解釋為限制本發(fā)明的范圍。所提供的實(shí)施例更充分地向本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員闡明本發(fā)明。
[0060]實(shí)施例
[0061]實(shí)施例1:在其一個(gè)表面上形成有多孔涂層的隔膜[0062]在50°C下將聚偏二氟乙烯-共-氯三氟乙烯(PVdF-CTFE)和氰基乙基普魯蘭多糖以10:2的重量比加入并溶解于丙酮約12小時(shí)。將Al2O3粉末添加至聚合物溶液中，使得聚合物與無(wú)機(jī)顆粒的重量比成為5:95。通過(guò)球磨(ball mill)法至少12小時(shí)將無(wú)機(jī)顆粒粉碎并分散于聚合物溶液中，由此制備了漿料。漿料的無(wú)機(jī)顆粒的平均粒徑為600nm。
[0063]使用狹縫式涂布機(jī)將該漿料以4 μ m厚度涂覆于12 μ m厚的多孔聚烯烴膜(孔隙率40% )的一個(gè)表面上。采用調(diào)整漿料的供應(yīng)量的方法進(jìn)行了間歇涂覆，使得在多孔膜的兩端部分形成未涂覆部位。該未涂覆部位的長(zhǎng)度分別約為90_。
[0064]隨后，將結(jié)束涂覆的基底經(jīng)過(guò)溫度設(shè)置為50°C的干燥機(jī)以除去溶劑，完成了隔膜的制備。多孔聚乙烯膜和涂層之間的粘合強(qiáng)度低至lOgf/cm。盡管粘合強(qiáng)度低，但是在圓柱形電池的制備過(guò)程中(包括在組裝過(guò)程中用心軸夾持隔膜的未涂覆部位)無(wú)機(jī)顆粒沒(méi)有從涂層中脫落。
[0065]實(shí)施例2:在其兩個(gè)表面上形成有多孔涂層的隔膜
[0066]漿料以與實(shí)施例1相同的方法制備。使用浸涂機(jī)將該漿料以2μπι厚度涂覆于12 μ m厚的多孔聚烯烴膜(孔隙率40% )的兩個(gè)表面上。采用刮刀與多孔膜的表面周期性接觸的方法進(jìn)行了間歇涂覆，使得在多孔膜的兩端部分形成未涂覆部位。該未涂覆部位的長(zhǎng)度分別約為90mm。
[0067]隨后，將結(jié)束涂覆的基底經(jīng)過(guò)溫度設(shè)置為50°C的干燥機(jī)以除去溶劑，完成了隔膜的制備。多孔聚乙烯膜和涂層之間的粘合強(qiáng)度低至15gf/cm。盡管粘合強(qiáng)度低，但是在圓柱形電池的制備過(guò)程中(包括在組裝過(guò)程中用心軸夾持隔膜的未涂覆部位)無(wú)機(jī)顆粒沒(méi)有從涂層中脫落。
[0068]對(duì)比實(shí)施例1:具有多孔涂層的隔膜
[0069]隔膜以與實(shí)施例2相同的方式制備，除了沒(méi)有形成未涂覆部位。多孔聚乙烯膜和涂層之間的粘合強(qiáng)度低至15gf/cm，這與實(shí)施例2的值處于相同的水平。在組裝過(guò)程中用心軸夾持涂層而組裝圓柱形電池時(shí)無(wú)機(jī)粒子從涂層中脫落。
【權(quán)利要求】
1.一種卷筒型電極組件，其特征在于， 為將陽(yáng)極、陰極以及位于陽(yáng)極和陰極之間的、長(zhǎng)度大于寬度的隔膜一起卷繞的卷筒型電極組件，其中， 所述隔膜的長(zhǎng)度大于所述陽(yáng)極和所述陰極的長(zhǎng)度，并且具有多孔基底、和在所述多孔基底的表面上形成且包含無(wú)機(jī)顆粒和粘合劑聚合物的混合物的多孔涂層， 所述多孔涂層僅在隔膜與陽(yáng)極和陰極對(duì)應(yīng)的區(qū)域形成。
2.權(quán)利要求1所述的卷筒型電極組件，其特征在于， 所述多孔基底包括多孔聚烯烴基底。
3.權(quán)利要求2所述的卷筒型電極組件，其特征在于， 所述多孔聚烯烴基底由選自聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚戊烯中的至少一種聚合物形成。
4.權(quán)利要求1所述的卷筒型電極組件，其特征在于， 所述無(wú)機(jī)顆粒選自介電常數(shù)至少為5的無(wú)機(jī)顆粒、傳遞鋰離子的無(wú)機(jī)顆粒及其混合物。
5.權(quán)利要求4所述的卷筒型電極組件，其特征在于， 所述介電常數(shù)至少為5的無(wú)機(jī)顆粒選自BaTi03、Pb (Zrx, Ti1J O3 (ΡΖΤ, 0<χ<1)、Pb1 xLa,Zr1 yTiyO3 (PLZT, 0〈x〈l，0<y<l)、(1-χ) Pb (Mg1/3Nb2/3) O3 xPbTiO3 (PMN-PT, 0〈x〈l)、二氧化鉿(HfO2)、SrTiO3, SnO2, CeO2, MgO, NiO、CaO, ZnO, ZrO2, Si02、Y203、Al2O3' SiC 和 TiO2 中的任意一種顆?；蚱鋬煞N以上的混合物。
6.權(quán)利要求4所述的卷筒型電極組件，其特征在于， 傳遞鋰離子的無(wú)機(jī)顆粒選自磷酸鋰(Li3PO4)顆粒、磷酸鈦鋰(LixTiy(PO4) 3, 0<x<2, 0<y<3)顆粒、磷酸鈦鋁鋰(LixAlyTiz(PO4)3, 0<x<2, 0<y<l, 0<z<3)顆粒、(LiAlTiP)xOy 型玻璃(0〈x〈4，0〈y〈13)顆粒、鈦酸鑭鋰(LixLayTiO3, 0〈x〈2，0〈y〈3)顆粒、硫代磷酸鍺鋰(LixGeyPzSw, 0〈x〈4,0〈y〈l, 0〈z〈l, 0〈w〈5)顆粒、氮化鋰(LixNy, 0<x<4, 0〈y〈2)顆粒、SiS2 型玻璃(LixSiySz, 0<x<3, 0<y<2, 0<z<4)顆粒、P2S5 型玻璃(LixPySz, 0<x<3, 0<y<3, 0〈z〈7)顆粒中的任意一種無(wú)機(jī)顆粒或其兩種以上的混合物。
7.權(quán)利要求1所述的卷筒型電極組件，其特征在于， 所述粘合劑聚合物選自聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚環(huán)氧乙烷、多芳基化合物、乙酸纖維素、乙酸丁酸纖維素、乙酸丙酸纖維素、氰基乙基普魯蘭多糖、氰基乙基聚乙烯醇、氰基乙基纖維素、氰基乙基蔗糖、普魯蘭多糖、羧甲基纖維素、以及具有10，000g/mol或更低分子量的低分子量化合物及其混合物。
8.權(quán)利要求1所述的卷筒型電極組件，其特征在于， 所述無(wú)機(jī)顆粒與粘合劑聚合物的組成比為50:50至99:1。
9.一種二次電池,其特征在于， 具備權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的卷筒型電極組件、和將所述電極組件與電解質(zhì)溶液一起密封并容納的殼體。
10.一種權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的卷筒型電極組件的制備方法，該方法包括:將包含無(wú)機(jī)顆粒和粘合劑聚合物的混合物的漿料間歇涂覆在多孔基底的表面上，由此制備具備多孔涂層的隔膜的步驟；和 將所述制備的隔膜介于陰極和陽(yáng)極之間而進(jìn)行層壓并進(jìn)行卷繞的步驟。
11.權(quán)利要求10所述的卷筒型電極組件的制備方法，其特征在于， 所述將所述漿料間歇涂覆在多孔基底的表面的方法是，將刮刀與所述多孔基底的表面周期性接觸的刮涂法。
12.權(quán)利要求10所述的卷筒型電極組件的制備方法，其特征在于 所述將所述漿料間歇涂覆在多孔基底的表面的方法是，將漿料非連續(xù)地供給的狹縫式涂布 法。
【文檔編號(hào)】H01M2/14GK103443986SQ201180069515
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月23日
【發(fā)明者】李柱成, 金鐘勛, 柳寶炅 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg化學(xué)