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線纜型二次電池的制作方法

文檔序號:7252961閱讀:135來源:國知局
線纜型二次電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有預(yù)定形狀的水平橫截面并縱向延伸的線纜型二次電池,包含:內(nèi)電極,所述內(nèi)電極具有內(nèi)集電器和圍繞所述內(nèi)集電器的外表面的內(nèi)電極活性材料層;隔離層,所述隔離層圍繞所述內(nèi)電極的外表面以防止電極之間短路;以及外電極,所述外電極圍繞所述隔離層的外表面,并具有外電極活性材料層和外集電器,所述外集電器包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。根據(jù)本發(fā)明,將包含導(dǎo)電糊料或碳纖維而具有良好柔性的所述外集電器用于線纜型電池中以改善所述線纜型電池的柔性。此外,由于這種導(dǎo)電糊料和碳纖維是輕質(zhì)材料,所以其能夠有助于線纜型二次電池的輕量化。
【專利說明】線纜型二次電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種形狀能夠自由變化的線纜型二次電池,更特別地,本發(fā)明涉及具有包含導(dǎo)電糊料和碳纖維的外集電器的線纜型二次電池。
[0002]本申請要求于2011年10月25日在韓國提交的韓國專利申請10-2011-0109564號的優(yōu)先權(quán),通過參考將其完整內(nèi)容并入本文中。
[0003]本申請要求于2011年10月25日在韓國提交的韓國專利申請10-2011-0109565號的優(yōu)先權(quán),通過參考將其完整內(nèi)容并入本文中。
[0004]本申請要求于2012年10月25日在韓國提交的韓國專利申請10_2012_0118924號的優(yōu)先權(quán),通過參考將其完整內(nèi)容并入本文中。
【背景技術(shù)】
[0005]二次電池為能夠以化學(xué)形式儲存能量并在需要時能夠轉(zhuǎn)化成電能以產(chǎn)生電力的裝置。也將所述二次電池稱作充電電池,這是因為其能夠反復(fù)再充電。普通的二次電池包括鉛蓄電池、NiCd電池、NiMH蓄電池、Li離子電池、Li離子聚合物電池等。當(dāng)與一次性原電池相比時,二次電池不僅是經(jīng)濟更高效的,且是環(huán)境更友好的。
[0006]目前將二次電池用于需要低電力的應(yīng)用,如用于車輛啟動的設(shè)備、移動裝置、工具、不間斷電源等。近來,隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致移動裝置開始普及,甚至導(dǎo)致多種常規(guī)裝置的可移動化,對二次電池的需求急劇增加。還將二次電池用于環(huán)境友好的下一代車輛如混合動力車輛和電動車輛中,以降低成本和重量并提高車輛的使用壽命。
[0007]通常,二次電池具有圓筒形、棱柱形或袋形。這與二次電池的制造方法相關(guān),其中將由負極、正極和隔膜構(gòu)成的電極組件安裝在圓筒形或棱柱形金屬殼或鋁層壓片的袋形殼中,且在所述殼中填充電解質(zhì)。因為在這種方法中電極組件需要預(yù)定的安裝空間,所以二次電池的圓筒形、棱柱形或袋形對于各種形狀的移動裝置的開發(fā)是一種限制。因此,需要具有形狀易于適應(yīng)的新結(jié)構(gòu)的二次電池。
[0008]為了滿足這種需要,已經(jīng)提出,開發(fā)長度對橫截面直徑之比非常大的線性電池。韓國專利0804411號公開了一種由多個正極和負極以及插入各個正極與各個負極之間的隔膜構(gòu)成的線性電池。韓國專利0742739號公開了一種由正極線和負極線構(gòu)成的線型柔性電池。然而,這些電池的柔性不足。此外,如果這些電池的外集電器因外力而變形,則會因為外集電器與內(nèi)集電器之間的接觸而發(fā)生短路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問題
[0010]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題而設(shè)計了本發(fā)明,因此,本發(fā)明的目的是提供一種具有新線性結(jié)構(gòu)的二次電池,其能夠易于改變形狀,保持二次電池的優(yōu)異的穩(wěn)定性和性能,并防止由于外集電器變形而發(fā)生短路。
[0011]技術(shù)方案[0012]為了實現(xiàn)上述目的,根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供一種具有預(yù)定形狀的水平橫截面并縱向延伸的線纜型二次電池,包含:內(nèi)電極,所述內(nèi)電極具有內(nèi)集電器和圍繞所述內(nèi)集電器的外表面的內(nèi)電極活性材料層;隔離層,所述隔離層圍繞所述內(nèi)電極的外表面以防止電極之間短路;以及外電極,所述外電極圍繞所述隔離層的外表面,并具有外電極活性材料層和外集電器,所述外集電器包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。
[0013]在外電極中,可以以圍繞隔離層的外表面的方式形成外電極活性材料層,并以圍繞所述外電極活性材料層的外表面的方式形成外集電器;可以以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成外集電器,并以圍繞外集電器的外表面的方式形成外電極活性材料層;以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成外集電器,并以圍繞所述外集電器的外表面并與所述隔離層接觸的方式形成所述外電極活性材料層;或以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成外電極活性材料層,并以通過包覆在所述外電極活性材料層中而包含在所述外電極活性材料層內(nèi)部并圍繞與其隔開的所述隔離層的外表面的方式形成外集電器。
[0014]所述內(nèi)集電器可以由如下材料制成:不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結(jié)碳或銅;在其表面上經(jīng)碳、鎳、鈦或銀進行處理的不銹鋼;鋁_鎘合金;在其表面上經(jīng)導(dǎo)電材料進行處理的不導(dǎo)電聚合物;或?qū)щ娋酆衔铩?br> [0015]可以用于內(nèi)集電器中的導(dǎo)電材料可以選自如下物質(zhì):聚乙炔、聚苯胺、聚卩比咯、聚噻吩、聚氮化硫、銦錫氧化物(ITO)、銀、鈀、鎳及它們的混合物。
[0016]可以用于內(nèi)集電器中的導(dǎo)電聚合物可以選自如下物質(zhì):聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫及它們的混合物。
[0017]同時,所述導(dǎo)電糊料可以為金屬糊料或碳糊料。
[0018]所述金屬糊料可以包含金屬粉末和粘合劑,所述金屬粉末選自如下:N1、Al、Au、Ag、Al、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba、ITO 及它們的混合物。
[0019]所述碳糊料可以包含碳粉末和粘合劑,所述碳粉末選自如下物質(zhì):石墨、炭黑、碳納米管及它們的混合物。
[0020]用于金屬糊料或碳糊料中的粘合劑可以選自如下物質(zhì):丙烯?;悩渲⒁蚁┗悩渲?、羥基纖維素、甲基纖維素、硝基纖維素、乙烯纖維素、所述樹脂的改性樹脂及它們的混合物。
[0021]在本發(fā)明中,當(dāng)外集電器包含碳纖維時,所述碳纖維可以卷繞在外電極活性材料層的外表面上。
[0022]此外,當(dāng)外集電器包含碳纖維時,所述碳纖維可以為在外電極活性材料層的外表面上在縱向上平行布置的至少一種。
[0023]另外,當(dāng)外集電器包含碳纖維時,所述碳纖維可以為圍繞所述外電極活性材料層的外表面的碳纖維機織織物。
[0024]在本發(fā)明中,內(nèi)電極可以為負極且外電極可以為正極,或內(nèi)電極可以為正極且外電極可以為負極。
[0025]當(dāng)本發(fā)明的內(nèi)電極為負極且外電極為正極時,內(nèi)電極活性材料層可以包括選自如下材料中的活性材料:天然石墨、人造石墨或碳質(zhì)材料;鋰-鈦復(fù)合氧化物(LTO)和包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金屬(Me);所述金屬的合金;所述金屬的氧化物(MeOx);所述金屬和碳的復(fù)合材料;及它們的混合物,且外電極活性材料層可以包括選自如下材料中的活性材料:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2,LiNimzCoxMlyICzO2 (其中 Ml 和 M2 各自獨立地選自:Al、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo,且x、y和z各自獨立地為形成氧化物的元素的原子分數(shù),其中O≤x〈0.5,0^y<0.5,O ( ζ〈0.5, x+y+z ( I)及它們的混合物。
[0026]或者,當(dāng)內(nèi)電極為正極且外電極為負極時,內(nèi)電極活性材料層可以包括選自如下材料中的活性材料:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4' LiCoPO4' LiFePO4' LiNiMnCoO2,LiNimzCoxMlyICzO2 (其中 Ml 和 M2 各自獨立地選自:Al、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo,且x、y和z各自獨立地為形成氧化物的元素的原子分數(shù),其中O≤x〈0.5,0^y<0.5,O ( z<0.5,x+y+z ( I)及它們的混合物,且外電極活性材料層可以包括選自如下材料中的活性材料:天然石墨、人造石墨或碳質(zhì)材料;鋰_鈦復(fù)合氧化物(LTO)和包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金屬(Me);所述金屬的合金;所述金屬的氧化物(MeOx);所述金屬和碳的復(fù)合材料;及它們的混合物。
[0027]在本發(fā)明中,隔離層可以為電解質(zhì)層或隔膜。
[0028]電解質(zhì)層可以包含選自如下電解質(zhì)中的電解質(zhì):使用PEO、PVdF, PVdF-HFP, PMMA,PAN或PVAc的膠凝聚合物電解質(zhì);和使用ΡΕ0、聚環(huán)氧丙烷(PPO)、聚乙烯亞胺(PEI)、聚硫化乙烯(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固體電解質(zhì)。
[0029]所述電解質(zhì)層還可包含鋰鹽。
[0030]所述鋰鹽可以選自如下材料:LiCl,LiBr、LiI, LiClO4, LiBF4' LiB10Cl10' LiPF6,LiCF3SO3' LiCF3CO2' LiAsF6, LiSbF6' LiAlCl4, CH3SO3Li' CF3SO3Li' (CF3SO2) 2NL1、氯硼酸鋰、低級脂族碳酸鋰、四苯基硼酸鋰及它們的混合物。
[0031]所述隔膜可以為:由選自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物中的聚烯烴類聚合物制成的多孔基材;由選自聚酯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚萘二甲酸乙二醇酯中的聚合物制成的多孔基材;或由無機粒子和粘合劑聚合物的混合物制成的多孔基材。
[0032]此外,根據(jù)本發(fā)明的另一個方面,提供一種具有預(yù)定形狀的水平橫截面并縱向延伸的線纜型二次電池,包含:內(nèi)電極,所述內(nèi)電極具有相互平行布置的兩個以上的電極,各個電極具有內(nèi)集電器和形成在所述內(nèi)集電器的表面上的內(nèi)電極活性材料層;隔離層,所述隔離層圍繞所述內(nèi)電極的外表面以防止電極之間短路;以及外電極,所述外電極圍繞所述隔離層的外表面,并具有外電極活性材料層和外集電器,所述外集電器包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。
[0033]此外,根據(jù)本發(fā)明的還另一個方面,提供一種具有預(yù)定形狀的水平橫截面并縱向延伸的線纜型二次電池,包含:內(nèi)電極,所述內(nèi)電極具有相互平行布置的兩個以上的電極,各個電極具有內(nèi)集電器、形成在所述內(nèi)集電器的表面上的內(nèi)電極活性材料層、以及圍繞所述內(nèi)電極活性材料層的外表面的隔離層;以及外電極,所述外電極圍繞所述內(nèi)電極的外表面,并具有外電極活性材料層和外集電器,所述外集電器包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。
[0034]有益效果
[0035]根據(jù)本發(fā)明,包含導(dǎo)電糊料或碳纖維的外集電器具有良好的柔性,從而使用這些材料的線纜型二次電池改善了所述線纜型二次電池的柔性。此外,由于這種導(dǎo)電糊料和碳纖維是輕質(zhì)材料,所以其能夠有助于線纜型二次電池的輕量化。另外,即使向線纜型電池施加過大的外力,本發(fā)明的外集電器由于其結(jié)構(gòu)特性而不易發(fā)生過度變形如彎曲或嚴重折疊,由此防止由于與內(nèi)集電器接觸而造成的短路,并防止活性材料脫落。此外,包含導(dǎo)電糊料或碳纖維的外集電器與活性材料能夠具有良好的接觸特性,由此防止活性材料脫落。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]附圖顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案,并與上述
【發(fā)明內(nèi)容】
一起,用于進一步理解本發(fā)明的技術(shù)主旨。然而,不能將本發(fā)明解釋為限于所述附圖。
[0037]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的具有一個內(nèi)電極的線纜型二次電池。
[0038]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的具有多個內(nèi)電極的線纜型二次電池。
[0039]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的具有設(shè)置有隔離層的內(nèi)電極的線纜型二次電池。
【具體實施方式】
[0040]下文中,將參考附圖對本發(fā)明進行詳細說明。在說明之前,應(yīng)理解,不能認為說明書和附屬權(quán)利要求書中使用的術(shù)語限制為普通和詞典的意思,而是應(yīng)在本發(fā)明人對術(shù)語進行適當(dāng)定義以進行最好說明的原則的基礎(chǔ)上,根據(jù)與本發(fā)明的技術(shù)方面相對應(yīng)的意思和概念對所述術(shù)語進行解釋。
[0041]圖1示意性顯示了根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的線纜型二次電池。然而,本文中的附圖和實施方案中所示的構(gòu)造只是僅用于顯示目的的優(yōu)選實例,不用于限制本發(fā)明的范圍,從而應(yīng)理解,在不背離本發(fā)明的主旨和范圍的條件下可對其完成其他等價物和變體。
[0042]本發(fā)明的線纜型二次電池100具有預(yù)定形狀的水平橫截面并縱向延伸,并包含:內(nèi)電極,所述內(nèi)電極具有內(nèi)集電器110和圍繞所述內(nèi)集電器110的外表面的內(nèi)電極活性材料層120 ;隔離層130,所述隔離層130圍繞所述內(nèi)電極的外表面以防止電極之間短路;以及外電極,所述外電極圍繞所述隔離層130的外表面,并具有外電極活性材料層140和外集電器150,所述外集電器150包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。本文中使用的術(shù)語“預(yù)定形狀”不能限制為任何特殊形狀,且指的是,不損害本發(fā)明本質(zhì)的任意形狀。本發(fā)明的線纜型二次電池具有預(yù)定形狀的水平橫截面、在縱向上延伸的線性結(jié)構(gòu)、以及柔性,從而其形狀能夠自由變化。
[0043]本發(fā)明的內(nèi)電極由內(nèi)集電器110和圍繞所述內(nèi)集電器110的外表面的內(nèi)電極活性材料層120構(gòu)成。這種內(nèi)電極被隔離層130圍繞以防止電極之間在其外表面上發(fā)生短路。
[0044]在隔離層130的外表面上,形成外電極。
[0045]在本發(fā)明中,可以根據(jù)外電極活性材料層140和外集電器150的位置以各種實施方案形成外電極,所述外電極活性材料層140和所述外集電器150與隔離層130接觸。
[0046]圖1中所示的外電極具有圍繞隔離層130的外表面的外電極活性材料層140和圍繞所述外電極活性材料層140的外表面的外集電器150。
[0047]此外,根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的線纜型二次電池的外電極可以具有如下結(jié)構(gòu):以圍繞隔離層的外表面的方式形成外集電器,并以圍繞所述外集電器的外表面的方式形成外電極活性材料層的結(jié)構(gòu);以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成外集電器,并以圍繞外集電器的外表面并與隔離層接觸的方式形成外電極活性材料層的結(jié)構(gòu);或以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成外電極活性材料層,并以通過包覆在所述外電極活性材料層中而包含在所述外電極活性材料層內(nèi)部并圍繞與其隔開的所述隔離層的外表面的方式形成外集電器的結(jié)構(gòu)。
[0048]在本發(fā)明中,所述外集電器150可以使用導(dǎo)電糊料或碳纖維來形成,以代替普通金屬。
[0049]所述導(dǎo)電糊料是指能夠形成普通涂層且在流過電流時能夠以干燥物質(zhì)的形式使用的漿料。通過將導(dǎo)電材料的粉末分散在粘合劑中得到這種導(dǎo)電糊料。
[0050]可以用于本發(fā)明中的導(dǎo)電糊料包括金屬糊料或碳糊料。
[0051]所述金屬糊料優(yōu)選包含金屬粉末和粘合劑,所述金屬粉末選自:N1、Al、Au、Ag、Al、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba、ITO 及它們的混合物。
[0052]所述碳糊料優(yōu)選包含碳粉末和粘合劑,所述碳粉末選自:石墨、炭黑、碳納米管及它們的混合物,任選地,其還可包含導(dǎo)電材料。
[0053]用于金屬糊料或碳糊料中的粘合劑優(yōu)選選自如下物質(zhì):丙烯酰基類樹脂、乙烯基類樹脂、羥基纖維素、甲基纖維素、硝基纖維素、乙烯纖維素、所述樹脂的改性樹脂及它們的混合物。
[0054]同時,所述碳纖維是一種得自有機纖維的煅燒并主要由碳原子構(gòu)成的纖維,且其耐熱性高且彈性高。構(gòu)成碳纖維的碳原子以六方晶體的形式結(jié)合在一起,所述六方晶體與纖維的長軸平行對齊。這種晶體對齊提供很強的物理性質(zhì)。幾千根碳纖維捆扎在一起以形成束,所述束可直接使用或編織成織物。僅由碳原子構(gòu)成的這種碳纖維是指由非石墨化碳制成的細絲,其通過如下操作得到:將有機材料如有機纖維或樹脂以及石油浙青紡絲成紗,并對紡成的紗進行碳化,隨后在3000°C以上的溫度下進行熱處理。碳纖維通常根據(jù)原料分為人造絲類纖維、浙青類纖維和PAN類纖維。其中,主要使用浙青類碳纖維和PAN類碳纖維。
[0055]本發(fā)明的包含碳纖維的外集電器150,對其形式?jīng)]有特別限制。例如,通過將碳纖維卷繞在外電極活性材料層140的外表面上,或?qū)⒁粋€或多個在縱向上相互平行的碳纖維布置在外電極活性材料層140的外表面上,可以形成外集電器150。此外,外集電器150可以包含碳纖維機織織物,所述碳纖維機織織物圍繞所述外電極活性材料層140的外表面。
[0056]由導(dǎo)電糊料或碳纖維形成的這種外集電器150具有良好的柔性,由此能夠用于線纜型二次電池中以提高電池的柔性。此外,由于由導(dǎo)電糊料或碳纖維形成的外集電器150比由金屬制成的常規(guī)集電器更輕,所以其能夠有助于電池的輕量化。另外,包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中至少一種的外集電器150,由于其具有良好的柔性,所以即使向線纜型電池施加過大的外力,仍不易發(fā)生過度變形如彎曲或嚴重折疊,由此防止由與內(nèi)集電器110接觸而造成的短路。
[0057]特別地,當(dāng)外集電器150由導(dǎo)電糊料形成時,在電池制備中由于糊料的物理性質(zhì)而將其施加到外電極活性材料層140的外表面上,由此展示與外電極活性材料層140良好的接觸特性。據(jù)此,能夠有效防止由于因外力造成電池變形而產(chǎn)生的活性材料脫落。
[0058]同時,所述內(nèi)集電器優(yōu)選由如下材料制成:不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結(jié)碳或銅;在其表面上經(jīng)碳、鎳、鈦或銀進行處理的不銹鋼;鋁-鎘合金;在其表面上經(jīng)導(dǎo)電材料進行處理的不導(dǎo)電聚合物;或?qū)щ娋酆衔铩?br> [0059]內(nèi)集電器用于收集由活性材料的電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電子,或供應(yīng)電化學(xué)反應(yīng)所需要的電子。通常,集電器由諸如銅或鋁的金屬制成。特別地,當(dāng)集電器由在其表面上經(jīng)導(dǎo)電材料進行處理的不導(dǎo)電聚合物或?qū)щ娋酆衔镏瞥蓵r,集電器的柔性比由諸如銅或鋁的金屬制成的集電器的柔性相對更高。此外,可以使用聚合物集電器代替金屬集電器以減輕電
池的重量。
[0060]所述導(dǎo)電材料可包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、銦錫氧化物(ITO)、銀、鈀、鎳等。所述導(dǎo)電聚合物可包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫等。然而,對用于集電器的不導(dǎo)電聚合物,其類型沒有特別限制。
[0061]所述內(nèi)電極可以為負極且所述外電極可以為正極。或者,所述內(nèi)電極可以為正極且所述外電極可以為負極。
[0062]在本發(fā)明中,電極活性材料層使得離子移動通過集電器,且通過離子的相互作用如離子進入和離開電解質(zhì)層的嵌入/脫嵌來造成離子的運動。
[0063]可以將這種電極活性材料層分為負極活性材料層和正極活性材料層。
[0064]具體地,當(dāng)內(nèi)電極為負極且外電極為正極時,內(nèi)電極活性材料層變?yōu)樨摌O活性材料層且可以由選自如下材料中的活性材料制成:天然石墨、人造石墨或碳質(zhì)材料;鋰-鈦復(fù)合氧化物(LTO)和包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金屬(Me);所述金屬的合金;所述金屬的氧化物(MeOx);所述金屬和碳的復(fù)合材料;及它們的混合物,且外電極活性材料層變?yōu)檎龢O活性材料層且可以由選自如下材料中的活性材料制成:LiCo02、LiNiO2,LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2, LiNi1_x_y_zCoxMlyM2z02 (其中 Ml 和 M2 各自獨立地選自:A1、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo,且x、y和z各自獨立地為形成氧化物的元素的原子分數(shù),其中O ( χ〈0.5,0 ^ y〈0.5,0 ^ z<0.5,x+y+z ( I)及它們的混合物。
[0065]或者,當(dāng)內(nèi)電極為正極且外電極為負極時,內(nèi)電極活性材料層變?yōu)檎龢O活性材料層且外電極活性材料層變?yōu)樨摌O活性材料層。
[0066]本發(fā)明的隔離層可以為電解質(zhì)層或隔膜。
[0067]充當(dāng)離子通道的電解質(zhì)層可以由選自如下電解質(zhì)的電解質(zhì)制成:使用PEO、PVdF,PVdF-HFP, PMMA, PAN或PVAC的凝膠型聚合物電解質(zhì);或使用ΡΕ0、聚環(huán)氧丙烷(PPO)、聚乙烯亞胺(PEI)、聚硫化乙烯(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固體電解質(zhì)。優(yōu)選使用聚合物或玻璃陶瓷作為骨架形成固體電解質(zhì)的基體。在典型的聚合物電解質(zhì)的情況中,即使當(dāng)離子傳導(dǎo)率滿足時,離子的移動在反應(yīng)速率方面仍非常緩慢。由此,與固體電解質(zhì)相比,優(yōu)選使用具有有助于離子運動的凝膠型聚合物電解質(zhì)。凝膠型聚合物電解質(zhì)的機械性能差,由此可包含多孔載體或交聯(lián)的聚合物以改善差的機械性能。本發(fā)明的電解質(zhì)層能夠充當(dāng)隔膜,由此可不使用另外的隔膜。
[0068]本發(fā)明的電解質(zhì)層還可包含鋰鹽。鋰鹽能夠改善離子傳導(dǎo)率和響應(yīng)時間。所述鋰鹽的非限制性實例可以包括:LiCl、LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4' LiB10Cl10' LiPF6, LiCF3SO3'LiCF3CO2' LiAsF6, LiSbF6' LiAlCl4, CH3SO3L1、CF3SO3L1、(CF3SO2) 2NL1、氯硼酸鋰、低級脂族碳酸鋰和四苯基硼酸鋰。
[0069]所述隔膜的實例包括但不限于:由選自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物中的聚烯烴類聚合物制成的多孔基材;由選自聚酯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚萘二甲酸乙二醇酯中的聚合物制成的多孔基材;或由無機粒子和粘合劑聚合物的混合物制成的多孔基材。
[0070]此外,本發(fā)明的線纜型二次電池具有保護涂層。所述保護涂層為絕緣體并以圍繞外集電器的方式形成,由此防止空氣中的濕氣和外部沖擊對電極造成損害。所述保護涂層可由常規(guī)聚合物樹脂如PVC、HDPE或環(huán)氧樹脂制成。
[0071]下文中,將參考附圖1對根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的線纜型二次電池及其制造進行簡要說明。
[0072]根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的線纜型二次電池100包含:內(nèi)電極,所述內(nèi)電極具有內(nèi)集電器110和內(nèi)電極活性材料層120,所述內(nèi)集電器110具有預(yù)定形狀的水平橫截面并縱向延伸,且所述內(nèi)電極活性材料層120圍繞所述內(nèi)集電器110的外表面;隔離層130,所述隔離層130圍繞內(nèi)電極的外表面以防止電極之間短路;以及外電極,所述外電極圍繞隔離層130的外表面,并具有外電極活性材料層140和外集電器150,所述外集電器150包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。
[0073]首先,以線的形式提供內(nèi)集電器110,并通過涂布而在內(nèi)集電器110的表面上形成內(nèi)電極活性材料層120。通過各種常規(guī)方法如通過電鍍法或陽極氧化法可以實施所述涂布。此外,為了保持恒定的間隔,利用使用擠出機的擠出涂布,可間斷地施加含活性材料的電極漿料。另外,利用浸潰涂布或使用擠出機的擠出涂布,可以施加含活性材料的電極漿料。
[0074]隨后,以圍繞內(nèi)電極活性材料層120的方式形成隔離層130,所述隔離層130為電解質(zhì)層。用于形成隔離層130即電解質(zhì)層的方法沒有特別限制,但由于線性線纜型二次電池的本性而優(yōu)選使用擠出涂布法以有助于制造方法。
[0075]在通過涂布電解質(zhì)而形成的隔離層130的外表面上,通過涂布而形成外電極活性材料層140。內(nèi)電極活性材料層120的涂布方法可同樣應(yīng)用于外電極活性材料層140。
[0076]然后,將銀糊料施加到外電極活性材料層140的外表面上,以形成外集電器150。由此制備電極組件。
[0077]最后,以圍繞電極組件的外表面的方式形成保護涂層160。所述保護涂層160為絕緣體,并形成在最外面的表面上以用于防止空氣中的濕氣和外部沖擊對電極造成損害。作為所述保護涂層160,可使用常規(guī)聚合物樹脂如PVC、HDPE和環(huán)氧樹脂。
[0078]下文中,將參考圖2和3對本發(fā)明的另一個實施方案進行說明。
[0079]參考圖2,根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的線纜型二次電池200包含:相互平行布置的兩個以上的內(nèi)電極,各個內(nèi)電極具有內(nèi)集電器210、210’和圍繞所述內(nèi)集電器210、210’的外表面的各個內(nèi)電極活性材料層220、220’;隔離層230,所述隔離層230圍繞所述內(nèi)電極的外表面以防止電極之間短路;外電極,所述外電極圍繞隔離層230的外表面,并具有外電極活性材料層240和外集電器250,所述外集電器250包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。這種線纜型二次電池200具有由多個電極構(gòu)成的內(nèi)電極,由此可控制正極與負極之間的平衡并防止短路。
[0080]如圖2中所示,外電極具有圍繞隔離層230的外表面的外電極活性材料層240、以及圍繞隔離層240的外表面的外集電器250。
[0081]此外,可以以如下結(jié)構(gòu)形成外電極:具有以圍繞隔離層的外表面的方式形成的外集電器和以圍繞所述外集電器的外表面的方式形成的外電極活性材料層的結(jié)構(gòu);具有以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成的外集電器和以圍繞外集電器的外表面并與隔離層接觸的方式形成的外電極活性材料層的結(jié)構(gòu);或具有以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成的外電極活性材料層和以通過包覆在所述外電極活性材料層中而包含在所述外電極活性材料層內(nèi)部并圍繞與其隔開的所述隔離層的外表面的方式形成的外集電器的結(jié)構(gòu)。
[0082]此外,參考圖3,根據(jù)本發(fā)明的一個實施方案的線纜型二次電池300包含:相互平行布置的兩個以上的內(nèi)電極,各個內(nèi)電極具有各個內(nèi)集電器310、310’、圍繞所述內(nèi)集電器310、310’的外表面的各個內(nèi)電極活性材料層320、320’、以及圍繞所述內(nèi)電極活性材料層320、320’的外表面的各個隔離層330、330’ ;外電極,所述外電極圍繞內(nèi)電極的外表面,并具有外電極活性材料層340和外集電器,所述外集電器包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。這種線纜型二次電池300具有由多個電極構(gòu)成的內(nèi)電極,由此可控制正極與負極之間的平衡并防止短路。
[0083]如圖3中所示,外電極具有圍繞內(nèi)電極的外表面的外電極活性材料層340、以及圍繞外電極活性材料層340的外表面的外集電器350。
[0084]此外,可以以如下結(jié)構(gòu)形成外電極:具有以圍繞內(nèi)電極的外表面的方式形成的外集電器和以圍繞所述外集電器的外表面的方式形成的外電極活性材料層的結(jié)構(gòu);具有以圍繞所述內(nèi)電極的外表面的方式形成的外集電器和以圍繞外集電器的外表面并與內(nèi)電極接觸的方式形成的外電極活性材料層的結(jié)構(gòu);或具有以圍繞所述內(nèi)電極的外表面的方式形成的外電極活性材料層和以通過包覆在所述外電極活性材料層中而包含在所述外電極活性材料層內(nèi)部并圍繞與其隔開的所述內(nèi)電極的外表面的方式形成的外集電器的結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種具有預(yù)定形狀的水平橫截面并縱向延伸的線纜型二次電池,包含: 內(nèi)電極,所述內(nèi)電極具有內(nèi)集電器和圍繞所述內(nèi)集電器的外表面的內(nèi)電極活性材料層; 隔離層,所述隔離層圍繞所述內(nèi)電極的外表面以防止電極之間短路;以及 外電極,所述外電極圍繞所述隔離層的外表面,并具有外電極活性材料層和外集電器,所述外集電器包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的線纜型二次電池,其中在所述外電極中, 以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成所述外電極活性材料層,并以圍繞所述外電極活性材料層的外表面的方式形成所述外集電器; 以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成所述外集電器,并以圍繞所述外集電器的外表面的方式形成所述外電極活性材料層; 以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成所述外集電器,并以圍繞所述外集電器的外表面并與所述隔離層接觸的方式形成所述外電極活性材料層;或 以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成所述外電極活性材料層,并以通過包覆在所述外電極活性材料層中而包含在所述外電極活性材料層內(nèi)部并圍繞與其隔開的所述隔離層的外表面的方式形成所述外集電器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的線纜型二次電池,其中所述內(nèi)集電器由如下材料制成:不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結(jié)碳或銅;在其表面上經(jīng)碳、鎳、鈦或銀進行處理的不銹鋼;鋁-鎘合金;在其表面上經(jīng)導(dǎo)電材料進行處理的不導(dǎo)電聚合物;或?qū)щ娋酆衔铩?br> 4.根據(jù)權(quán)利要求3的線纜型`二次電池,其中所述導(dǎo)電材料選自:聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、銦錫氧化物(ITO)、銀、鈀、鎳及它們的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的線纜型二次電池,其中所述導(dǎo)電聚合物選自:聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫及它們的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的線纜型二次電池,其中所述導(dǎo)電糊料為金屬糊料或碳糊料。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的線纜型二次電池,其中所述金屬糊料包含金屬粉末和粘合劑,所述金屬粉末選自:N1、Al、Au、Ag、Al、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba、ITO及它們的混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的線纜型二次電池,其中所述碳糊料包含碳粉末和粘合劑,所述碳粉末選自:石墨、炭黑、碳納米管及它們的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的線纜型二次電池,其中所述粘合劑選自:丙烯?;悩渲⒁蚁┗悩渲?、羥基纖維素、甲基纖維素、硝基纖維素、乙烯纖維素、所述樹脂的改性樹脂及它們的混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的線纜型二次電池,其中當(dāng)所述外集電器包含碳纖維時,所述碳纖維卷繞在所述外電極活性材料層的外表面上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的線纜型二次電池,其中當(dāng)所述外集電器包含碳纖維時,所述碳纖維為在所述外電極活性材料層的外表面上在縱向上平行布置的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的線纜型二次電池,其中當(dāng)所述外集電器包含碳纖維時,所述碳纖維為圍繞所述外電極活性材料層的外表面的碳纖維機織織物。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的線纜型二次電池,其中所述內(nèi)電極為負極且所述外電極為正極,或所述內(nèi)電極為正極且所述外電極為負極。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的線纜型二次電池,其中當(dāng)所述內(nèi)電極為負極且所述外電極為正極時, 所述內(nèi)電極活性材料層包含選自如下材料中的活性材料:天然石墨、人造石墨或碳質(zhì)材料;鋰-鈦復(fù)合氧化物(LTO),以及包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金屬(Me);所述金屬的合金;所述金屬的氧化物(MeOx);所述金屬和碳的復(fù)合材料;及它們的混合物,且 所述外電極活性材料層包含選自如下材料中的活性材料:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4,LiCoPOpLiFePCVLiNiMnCoOyLiNihnCOxMlyiCA (其中 Ml 和 M2 各自獨立地選自:Al、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo,且X、y和z各自獨立地為形成氧化物的元素的原子分數(shù),其中 O ( χ〈0.5,0 ^ y<0.5,0 ^ ζ〈0.5,x+y+z ( I)及它們的混合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的線纜型二次電池,其中當(dāng)所述內(nèi)電極為正極且所述外電極為負極時, 所述內(nèi)電極活性材料層包含選自如下材料中的活性材料:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4,LiCoPOpLiFePCVLiNiMnCoOyLiNihnCOxMlyiCA (其中 Ml 和 M2 各自獨立地選自:Al、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo,且X、y和z各自獨立地為形成氧化物的元素的原子分數(shù),其中 O ( χ〈0.5,0 ^ y<0.5,0 ^ ζ〈0.5,x+y+z ( I)及它們的混合物,且 所述外電極活性材料層包含選自如下材料中的活性材料:天然石墨、人造石墨或碳質(zhì)材料;鋰-鈦復(fù)合氧化物(LT0),以及包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金屬(Me);所述金屬的合金;所述金屬的氧化物(MeOx);所述金屬和碳的復(fù)合材料;及它們的混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的線纜型二次電池,其中所述隔離層為電解質(zhì)層或隔膜。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的線纜型二次電池,其中所述電解質(zhì)層包含選自如下電解質(zhì)中的電解質(zhì):` 使用ΡΕ0、PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN或PVAc的膠凝聚合物電解質(zhì);和 使用ΡΕ0、聚環(huán)氧丙烷(ΡΡ0)、聚乙烯亞胺(PEI)、聚硫化乙烯(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固體電解質(zhì)。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的線纜型二次電池,其中所述電解質(zhì)層還包含鋰鹽。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的線纜型二次電池,其中所述鋰鹽選自:LiCl、LiBr、Li1、LiC104、LiBF4' LiB10Cl10' LiPF6, LiCF3SO3' LiCF3CO2' LiAsF6, LiSbF6' LiAlCl4, CH3SO3Li' CF3SO3Li'(CF3SO2) 2NL1、氯硼酸鋰、低級脂族碳酸鋰、四苯基硼酸鋰及它們的混合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的線纜型二次電池,其中所述隔膜為: 由選自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物中的聚烯烴類聚合物制成的多孔基材; 由選自聚酯、聚縮醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亞胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚萘二甲酸乙二醇酯中的聚合物制成的多孔基材;或 由無機粒子和粘合劑聚合物的混合物制成的多孔基材。
21.一種具有預(yù)定形狀的水平橫截面并縱向延伸的線纜型二次電池,包含: 內(nèi)電極,所述內(nèi)電極具有相互平行布置的兩個以上的電極,各個電極具有內(nèi)集電器和形成在所述內(nèi)集電器的表面上的內(nèi)電極活性材料層; 隔離層,所述隔離層圍繞所述內(nèi)電極的外表面以防止電極之間短路;以及外電極,所述外電極圍繞所述隔離層的外表面,并具有外電極活性材料層和外集電器,所述外集電器包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的線纜型二次電池,其中在所述外電極中, 以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成所述外電極活性材料層,并以圍繞所述外電極活性材料層的外表面的方式形成所述外集電器; 以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成所述外集電器,并以圍繞所述外集電器的外表面的方式形成所述外電極活性材料層; 以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成所述外集電器,并以圍繞所述外集電器的外表面并與所述隔離層接觸的方式形成所述外電極活性材料層;或 以圍繞所述隔離層的外表面的方式形成所述外電極活性材料層,并以通過包覆在所述外電極活性材料層中而包含在所述外電極活性材料層內(nèi)部并圍繞與其隔開的所述隔離層的外表面的方式形成所述外集電器。
23.一種具有預(yù)定形狀的水平橫截面并縱向延伸的線纜型二次電池,包含: 內(nèi)電極,所述內(nèi)電極具有相互平行布置的兩個以上的電極,各個電極具有內(nèi)集電器、形成在所述內(nèi)集電器的表面上的內(nèi)電極活性材料層以及圍繞所述內(nèi)電極活性材料層的外表面的隔離層;以及 外電極,所述外電極圍繞所述內(nèi)電極的外表面,并具有外電極活性材料層和外集電器,所述外集電器包含導(dǎo)電糊料和碳纖維中的至少一種。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的線纜型二次電池,其中在所述外電極中, 以圍繞所述內(nèi)電極的外表面的方式形成所述外電極活性材料層,并以圍繞所述外電極活性材料層的外表面的方式形成所述外集電器; 以圍繞所述內(nèi)電極的外表面的方式形成所述外集電器,并以圍繞所述外集電器的外表面的方式形成所述外電極活性材料層; 以圍繞所述內(nèi)電極的外表面的方式形成所述外集電器,并以圍繞所述外集電器的外表面并與所述內(nèi)電極接觸的方式形成所述外電極活性材料層;或 以圍繞所述內(nèi)電極的外表面的方式形成所述外電極活性材料層,并以通過包覆在所述外電極活性材料層中而包含在所述外電極活性材料層內(nèi)部并圍繞與其隔開的所述內(nèi)電極的外表面的方式形成所述外集電器。
【文檔編號】H01M4/02GK103891027SQ201280052772
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年10月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月25日
【發(fā)明者】權(quán)友涵, 禹相昱, 鄭惠蘭, 金帝映 申請人:株式會社Lg 化學(xué)
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