電極組件、所述電極組件的制造方法和包含所述電極組件的電化學(xué)電池的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種單元結(jié)構(gòu)的制造方法和包含其的電化學(xué)電池，所述單元結(jié)構(gòu)用于完成通過(guò)堆疊法形成的電極組件。所述電極組件的制造方法的特征在于，通過(guò)如下制造所述單元結(jié)構(gòu)：實(shí)施層壓并形成具有第一電極/隔膜/第二電極/隔膜/第一電極結(jié)構(gòu)的雙電池的第一工序；實(shí)施將第一隔膜層壓在兩個(gè)第一電極中的一個(gè)第一電極上的第二工序；并實(shí)施將第二隔膜/第二電極依次層壓在所述兩個(gè)第一電極中的另一個(gè)第一電極上的第三工序。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電極組件、所述電極組件的制造方法和包含所述電極組件的電化學(xué)電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電極組件形成用的單元結(jié)構(gòu)的制造方法、所述電極組件的制造方法和包含所述電極組件的電化學(xué)電池(electrochemical cell),所述電極組件通過(guò)不同于折疊法的堆疊法制造。
【背景技術(shù)】
[0002]本申請(qǐng)要求在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2012年6月28日提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10-2012-0069831號(hào)和2013年6月27日提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10-2013-0074675號(hào)的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)參考將其內(nèi)容并入本文中。
[0003]二次電池作為電動(dòng)車(chē)輛(EV)、混合動(dòng)力車(chē)輛(HEV)、并聯(lián)式混合動(dòng)力車(chē)輛(PHEV)等的電源引起了關(guān)注，已經(jīng)建議將電動(dòng)車(chē)輛(EV)、混合動(dòng)力車(chē)輛(HEV)、并聯(lián)式混合動(dòng)力車(chē)輛(PHEV)等作為解決由通常使用的利用化石燃料的汽油車(chē)輛、柴油車(chē)輛等造成的諸如環(huán)境污染的缺陷的替代物。在中型和大型裝置如汽車(chē)中，由于需要高功率和高容量而使用其中多個(gè)電池單元(battery cells)電連接而成的中型和大型電池模塊。
[0004]然而，由于需要以具有小尺寸和輕重量的方式制造中型和大型電池模塊，所以廣泛地將可以高度堆疊并在與容量相比時(shí)重量輕的方形電池、袋形電池等用作中型和大型電池模塊的電池單元。
[0005]在電池單元的情況中，包含電極組件。通常，根據(jù)包含正極/隔膜/負(fù)極結(jié)構(gòu)的電極組件的結(jié)構(gòu)對(duì)電極組件進(jìn)行分類(lèi)。
[0006]典型地，可以將電極組件分為:卷狀(卷繞型)電極組件，其中將具有長(zhǎng)片狀的正極和負(fù)極與插入的隔膜一起卷繞；堆疊型(層壓型)電極組件，其中將多個(gè)正極和負(fù)極與插入的隔膜一起切割成特定尺寸的單元并依次堆疊；和堆疊/折疊型電極組件。
[0007]首先，對(duì)在由本 申請(qǐng)人:提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)2001-0082059和2001-0082060號(hào)中公開(kāi)的堆疊/折疊型電極組件進(jìn)行說(shuō)明。
[0008]參考圖1，堆疊/折疊結(jié)構(gòu)的電極組件I包含多個(gè)重疊的全電池2、3、4...(下文中，將稱(chēng)作“全電池”)作為單元電池(unit cells)，其中依次布置正極/隔膜/負(fù)極。在各個(gè)重疊部分中，插入隔膜片5。隔膜片5具有可卷繞全電池的單位長(zhǎng)度(unit length)。從中心全電池Ib開(kāi)始的隔膜片5向內(nèi)彎曲單位長(zhǎng)度，同時(shí)將各個(gè)全電池連續(xù)卷繞到最外部的全電池4，從而使其插入全電池的重疊部分中。通過(guò)進(jìn)行熱焊接或使用粘合帶6進(jìn)行粘附來(lái)完成隔膜片5的末端(distal)部分。通過(guò)例如將全電池2、3、4…設(shè)置在具有長(zhǎng)長(zhǎng)度的隔膜片5上并從隔膜片5的一個(gè)端部依次進(jìn)行卷繞，制造堆疊/折疊型電極組件。然而，在這種結(jié)構(gòu)中，可能在中心部中的電極組件la、Ib和2與設(shè)置在外部的電極組件3和4之間產(chǎn)生溫度梯度，從而產(chǎn)生不同的散熱效率。由此，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，電極組件的壽命可能縮短。
[0009]通過(guò)將兩個(gè)層壓設(shè)備用于制造各個(gè)電極組件、并使用一個(gè)另外的折疊設(shè)備作為單獨(dú)的設(shè)備而實(shí)施電極組件的制造方法。因此，該制造方法的節(jié)拍時(shí)間(tack time)的縮短存在局限。特別地，在通過(guò)折疊完成堆疊結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)中上下設(shè)置的電極組件的精準(zhǔn)對(duì)齊是困難的。由此，制造具有可靠品質(zhì)的組件非常困難。
[0010]圖2顯示了 A型和C型雙電池結(jié)構(gòu)，其為可用于代替上述圖1中的堆疊/折疊型結(jié)構(gòu)的電極組件中的全電池的單元結(jié)構(gòu)。在作為卷繞起始點(diǎn)的堆疊/折疊結(jié)構(gòu)的電極組件的中心部分處，可以設(shè)置利用隔膜片卷繞的具有(a)正極/隔膜/負(fù)極/隔膜/正極結(jié)構(gòu)的雙電池(“A型雙電池”)或具有(b)負(fù)極/隔膜/正極/隔膜/負(fù)極結(jié)構(gòu)的雙電池(“C型雙電池”)。
[0011]S卩，普通的雙電池可以具有如下結(jié)構(gòu):“A型雙電池”，具有如圖2(a)中所示的依次堆疊雙面正極10、隔膜20、雙面負(fù)極30、隔膜40和雙面正極50的堆疊結(jié)構(gòu)；或“(:型雙電池”，具有如圖2 (b)中所示的依次堆疊雙面負(fù)極30、隔膜20、雙面正極10、隔膜40和雙面負(fù)極60的堆疊結(jié)構(gòu)。
[0012]在通過(guò)應(yīng)用折疊工序制造的電極組件結(jié)構(gòu)中，可能單獨(dú)需要折疊設(shè)備。當(dāng)應(yīng)用雙電池結(jié)構(gòu)時(shí)，可通過(guò)兩種類(lèi)型(即A型和C型)制造雙電池并進(jìn)行堆疊。在進(jìn)行折疊之前，保持設(shè)置在長(zhǎng)隔膜片上的雙電池之間的精確距離可能非常困難。即，當(dāng)進(jìn)行折疊時(shí)，上下單元電池(指的是全電池或雙電池)的精確對(duì)齊可能困難。另外，當(dāng)制造高容量電池時(shí)，可能需要大量時(shí)間以改變類(lèi)型。
[0013]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0014](專(zhuān)利文獻(xiàn)I)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)2001-0045056號(hào)
[0015](專(zhuān)利文獻(xiàn)2)韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)2011-0082745號(hào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]技術(shù)問(wèn)題
[0017]考慮到上述缺陷，本發(fā)明的一方面提供電極組件的制造方法和電極組件的結(jié)構(gòu)，通過(guò)所述制造方法經(jīng)由制造一種單元結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化并一體化中型和大型鋰離子聚合物電池的制造方法，所述制造方法與必須制造兩種類(lèi)型(A型和C型)的雙電池的電極組件的普通制造方法不同，可以降低對(duì)設(shè)施的投資并可以提高生產(chǎn)率。
[0018]本發(fā)明的另一方面提供一種具有新型結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)的制造方法，所述單元結(jié)構(gòu)通過(guò)如下制造:使用用于制造普通A型雙電池的層壓設(shè)備和用于制造C型雙電池的層壓設(shè)備,并在不廢除的條件下原樣使用普通的A型雙電池和C型雙電池。
[0019]技術(shù)方案
[0020]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電極組件的制造方法，其中通過(guò)如下制造電極組件的單元結(jié)構(gòu):實(shí)施層壓并形成具有第一電極/隔膜/第二電極/隔膜/第一電極結(jié)構(gòu)的雙電池的第一工序；實(shí)施將第一隔膜層壓在兩個(gè)第一電極中的一個(gè)第一電極上的第二工序；以及實(shí)施將第二隔膜/第二電極依次層壓在所述兩個(gè)第一電極中的另一個(gè)第一電極上的第三工序。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種電極組件，所述電極組件是通過(guò)使用由上述工序形成的單元結(jié)構(gòu)而制造的，并使用所述電極組件制造二次電池與中型和大型電池模塊。
[0022]有益效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明，可以提供電極組件的制造方法和結(jié)構(gòu)，通過(guò)所述制造方法經(jīng)由制造一種單元結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化并一體化中型和大型鋰離子聚合物電池，可以降低對(duì)設(shè)施的設(shè)備投資并可以提聞生廣率。
[0024]另外，用于制造普通A型雙電池的層壓設(shè)備和用于制造普通C型雙電池的層壓設(shè)備可以原樣使用，且可以在不廢除的條件下將普通A型雙電池和C型雙電池原樣用于制造具有新型結(jié)構(gòu)的單元電池。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是顯示普通堆疊/折疊型電極組件的折疊結(jié)構(gòu)的概念圖；
[0026]圖2顯示代替圖1中的堆疊/折疊型電極組件中的全電池而應(yīng)用的A型雙電池和C型雙電池的橫截面圖；
[0027]圖3是顯示在根據(jù)例示性實(shí)施方式的電極組件中包含的單元結(jié)構(gòu)的制造工序的方塊圖；
[0028]圖4是顯示通過(guò)使用用于制造圖3中的單元結(jié)構(gòu)的制造設(shè)備的單元結(jié)構(gòu)的制造工序的不意圖；
[0029]圖5是根據(jù)例示性實(shí)施方式的單元結(jié)構(gòu)的分解透視圖；
[0030]圖6是根據(jù)例示性實(shí)施方式的單元結(jié)構(gòu)的橫截面圖；且
[0031]圖7顯示根據(jù)例示性實(shí)施方式的電極組件，所述電極組件包含用于固定電極組件的固定構(gòu)件。
【具體實(shí)施方式】
[0032]現(xiàn)在將參考附圖對(duì)本發(fā)明的例示性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。在說(shuō)明附圖時(shí)，可以將相同的標(biāo)號(hào)指定給相同的要素，且可以省略其重復(fù)說(shuō)明。盡管本文中可以使用術(shù)語(yǔ)第一、第二等來(lái)描述各種要素，但這些要素不應(yīng)受這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅用于將一種要素與另一種要素區(qū)分開(kāi)。
[0033]根據(jù)本發(fā)明概念的電極組件的制造方法的核心技術(shù)是形成單元結(jié)構(gòu)。特別地，可以通過(guò)如下形成單元結(jié)構(gòu):實(shí)施層壓并形成具有第一電極/隔膜/第二電極/隔膜/第一電極結(jié)構(gòu)的雙電池的第一工序；實(shí)施將第一隔膜層壓在通過(guò)所述第一工序形成的雙電池中包含的兩個(gè)第一電極中的一個(gè)第一電極上的第二工序；以及實(shí)施將第二隔膜/第二電極依次層壓在通過(guò)所述第一工序形成的雙電池中包含的兩個(gè)第一電極中的另一個(gè)第一電極上的第三工序。
[0034]此處，第一電極/第二電極可以為負(fù)極/正極或正極/負(fù)極。然而，為了便于說(shuō)明，例如，下文中考慮將第一電極作為負(fù)極，并考慮將第二電極作為正極。
[0035]參考圖3，通過(guò)如下可以制造上述結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu):依次堆疊第一負(fù)極材料、隔膜、正極材料、隔膜和第二負(fù)極材料；將堆疊結(jié)構(gòu)裝載在層壓機(jī)上；并進(jìn)行層壓以制造具有第一負(fù)極/隔膜/正極/隔膜/第二負(fù)極結(jié)構(gòu)的雙電池(C型雙電池)(第一工序)。
[0036]然后，可以實(shí)施將第一隔膜層壓在C型雙電池的第二負(fù)極上的第二工序，并可以實(shí)施將第二隔膜和正極依次層壓至第一負(fù)極上的第三工序。
[0037]由于將同時(shí)實(shí)施第二工序和第三工序的例示性實(shí)施方式示于圖3中，所以可以首先實(shí)施第二工序中的將第一隔膜設(shè)置在第二負(fù)極上的步驟和第三工序中將第二隔膜和正極設(shè)置在第一負(fù)極上的步驟。在實(shí)施上述步驟之后，可以實(shí)施層壓以一起完成第二工序和
第三工序。
[0038]圖4顯示在實(shí)際制造設(shè)備中實(shí)施的制造工序，其用于顯示作為方塊圖(圖3)概念性顯示的單元結(jié)構(gòu)的制造工序。
[0039]如圖4中所示，可以將第一層壓機(jī)LI和第二層壓機(jī)L2設(shè)置在沿C型雙電池的行進(jìn)方向上的一條制造線(xiàn)上，從而連續(xù)完成第一工序到第三工序。在第一層壓機(jī)LI中，可以將第一負(fù)極材料、隔膜、正極材料、隔膜和第二負(fù)極材料依次裝載，堆疊，然后層壓。此處，裝載是指將作為各部件的材料的基礎(chǔ)材料(即，第一負(fù)極材料、隔膜、正極材料、第二負(fù)極材料)供應(yīng)到層壓機(jī)內(nèi)?？梢酝ㄟ^(guò)裝載單元(裝載輥)將基礎(chǔ)材料同時(shí)供應(yīng)到第一層壓機(jī)LI，并可以通過(guò)第一層壓機(jī)LI以第一負(fù)極140/隔膜150/正極160/隔膜170/第二負(fù)極180的順序?qū)?yīng)的基礎(chǔ)材料依次進(jìn)行堆疊(參見(jiàn)圖4中的“X”)。
[0040]然后，可以在第二層壓機(jī)L2中同時(shí)實(shí)施第二工序和第三工序。S卩，可以通過(guò)第二層壓機(jī)L2同時(shí)實(shí)施將第一隔膜110層壓在以第一負(fù)極140/隔膜150/正極160/隔膜170/第二負(fù)極180的順序堆疊的C型雙電池的第二負(fù)極180上的第二工序、和將第二隔膜/正極依次層壓在第一負(fù)極上的第三工序，從而制造單元結(jié)構(gòu)。
[0041]在圖4中，顯示了以卷形將第一隔膜和第二隔膜/正極全部供應(yīng)到第二層壓機(jī)L2內(nèi)的例示性實(shí)施方式。然而，可以要求供應(yīng)不同于卷形的片形的實(shí)例。在此情況中，可以依
次實(shí)施第二工序和第三工序。
[0042]另外，即使可以以不同于片形的卷形將第二隔膜/正極兩者都供應(yīng)到第二層壓機(jī)L2內(nèi)，仍可以依次實(shí)施第二工序和第三工序。例如，參考圖4，當(dāng)利用供應(yīng)在第二負(fù)極180上的第一隔膜110實(shí)施層壓、并同時(shí)停止將要供應(yīng)的第二隔膜130和正極120裝載在第一負(fù)極140上時(shí)，可以實(shí)施第二工序。當(dāng)利用供應(yīng)在第一負(fù)極140上的第二隔膜130和正極120實(shí)施層壓、并同時(shí)停止將要供應(yīng)的第一隔膜110裝載在第二負(fù)極180上時(shí)，可以實(shí)施第三工序。如上所述，即使當(dāng)以卷形將第一隔膜和第二隔膜/正極全部供應(yīng)到第二層壓機(jī)L2內(nèi)時(shí)，仍可以依次實(shí)施第二工序和第三工序。
[0043]此處，第二工序和第三工序不必通過(guò)第二層壓機(jī)L2實(shí)施。當(dāng)然，在例示性實(shí)施方式中，可以將第二層壓機(jī)L2專(zhuān)門(mén)用于第二工序并可以將單獨(dú)的層壓機(jī)專(zhuān)門(mén)用于第三工序。
[0044]同時(shí)，可以通過(guò)利用具有膠粘性的涂布材料對(duì)隔膜110、130、150和170的表面實(shí)施涂布。在此情況中，涂布材料可以為無(wú)機(jī)粒子和粘合劑聚合物的混合物。此處，無(wú)機(jī)粒子可以提高隔膜110、130、150和170的熱穩(wěn)定性。即，無(wú)機(jī)粒子可以防止隔膜110、130、150和170在高溫下的收縮。另外，粘合劑聚合物可以固定無(wú)機(jī)粒子。由此，無(wú)機(jī)粒子可以具有特定的多孔結(jié)構(gòu)。由于所述多孔結(jié)構(gòu)，即使可以將無(wú)機(jī)粒子涂布在隔膜110、130、150和170上，離子仍可平穩(wěn)地從正極移動(dòng)到負(fù)極。另外，可以提高隔膜110、130、150和170的機(jī)械穩(wěn)定性，因?yàn)檎澈蟿┚酆衔锟梢詫o(wú)機(jī)粒子穩(wěn)定地保持在隔膜110、130、150和170上。此外，粘合劑聚合物可以將隔膜更穩(wěn)定地粘附在電極上。將通過(guò)上述方法完成的隔膜的涂布稱(chēng)作安全性增強(qiáng)的隔膜(SRS)涂布。
[0045]當(dāng)涉及單元結(jié)構(gòu)的制造狀態(tài)時(shí)，將電極120和140布置在第二隔膜130的兩面上，然而，僅將一個(gè)電極180布置在第一隔膜110的一面上。由此，可以將具有膠粘性的涂布材料涂布到第二隔膜130的兩面上，并可以將涂布材料僅涂布在第一隔膜110面對(duì)電極的一面上。因此，可以降低單元結(jié)構(gòu)的制造成本。另外，由于對(duì)于圖2中所示的雙電池，電極在雙電池的兩面露出，所以需要兩個(gè)目視檢查設(shè)備。然而，對(duì)于根據(jù)例示性實(shí)施方式的單元結(jié)構(gòu)，在第一隔膜110的兩面中的一面上不設(shè)置電極。由此，可以將目視檢查設(shè)備僅安裝在于單元結(jié)構(gòu)的第一隔膜的相反部分處設(shè)置的電極附近。因此，可以降低設(shè)備的成本。
[0046]作為參考，當(dāng)將具有膠粘性的涂布材料涂布在隔膜110、130、150和170上時(shí)，通過(guò)使用特定物體對(duì)隔膜110、130、150和170施加直接壓力可能是不期望的。隔膜110、130、150和170通?？梢詮碾姌O向外延伸。由此，可以嘗試通過(guò)例如聲波焊接將隔膜110、130、150和170的邊緣部相互焊接。然而，根據(jù)聲波焊接，需要通過(guò)使用稱(chēng)作焊頭(horn)的設(shè)備對(duì)目標(biāo)物體直接加壓。當(dāng)通過(guò)使用稱(chēng)作焊頭的設(shè)備對(duì)隔膜110、130、150和170的邊緣部直接加壓時(shí)，焊頭可能因具有膠粘性的涂布材料而粘附至隔膜。在此情況中，設(shè)備可能發(fā)生故障。由此，當(dāng)將具有膠粘性的涂布材料涂布在隔膜110、130、150和170上時(shí)，通過(guò)使用特定物體對(duì)隔膜110、130、150和170直接施加壓力的工序可能是不期望的。
[0047]第二工序和第三工序中用于層壓的溫度可以比第一工序中用于層壓的溫度低約20°C?約50°C。第二工序和第三工序中用于層壓的壓力可以為第一工序中用于層壓的壓力的約40%?約60%。如上所述，通過(guò)區(qū)分第二工序和第三工序與第一工序的溫度和壓力，可以簡(jiǎn)化加工條件，并可以降低實(shí)施所述工序所需要的成本。
[0048]另外，對(duì)于用于實(shí)施第一工序的第一層壓機(jī)LI之外的其余層壓機(jī)，施加到上塊(block)和下塊的溫度可以不同。
[0049]例如，通過(guò)將第二層壓機(jī)L2與第二隔膜/正極接觸的下塊的溫度保持為比第二層壓機(jī)L2與第一隔膜接觸的上塊的溫度高約10°C?約30°C，可以減少不必要的功率消耗。
[0050]當(dāng)通過(guò)使用普通雙電池制造電極組件時(shí)，需要分別安裝用于制造A型雙電池的線(xiàn)裝置(line equipment)和用于制造C型雙電池的線(xiàn)裝置，并需要堆疊兩種雙電池。相反，根據(jù)例示性實(shí)施方式，可以通過(guò)僅使用A型雙電池和C型雙電池中的一種雙電池來(lái)制造具有相同結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)?？梢杂芍辽僖粋€(gè)單元結(jié)構(gòu)或通過(guò)堆疊多個(gè)單元結(jié)構(gòu)來(lái)得到電極組件。由此，可以通過(guò)僅使用用于制造A型雙電池的線(xiàn)裝置和用于制造C型雙電池的線(xiàn)裝置中的一種線(xiàn)裝置來(lái)實(shí)施第一工序。通過(guò)將用于實(shí)施第二工序和第三工序的裝置連接到線(xiàn)裝置，通過(guò)連續(xù)工藝可以制造單元結(jié)構(gòu)。
[0051]圖5是根據(jù)例示性實(shí)施方式的單元結(jié)構(gòu)的分解透視圖，且圖6是根據(jù)例示性實(shí)施方式的單元結(jié)構(gòu)的橫截面圖。通過(guò)按上述使用C型雙電池或A型雙電池可以制造單元結(jié)構(gòu)。例如，當(dāng)通過(guò)使用C型雙電池制造單元結(jié)構(gòu)時(shí)，可以通過(guò)如下制造具有圖6中所示結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu):實(shí)施形成具有第一負(fù)極140/隔膜150/正極160/隔膜170/第二負(fù)極180結(jié)構(gòu)的C型雙電池的第一工序；實(shí)施將第一隔膜Iio層壓在C型雙電池的第二負(fù)極180上的第二工序；并實(shí)施將第二隔膜130/正極120依次層壓在第一負(fù)極上的第三工序。
[0052]通過(guò)使用具有上述結(jié)構(gòu)的單元結(jié)構(gòu)制造電極組件，可以簡(jiǎn)化并一體化中型和大型鋰離子聚合物電池的制造工序。另外，可以降低對(duì)設(shè)備的投資并可以提高生產(chǎn)率。此外，通過(guò)僅應(yīng)用不同于通常應(yīng)用的折疊工序的堆疊工序即可以得到二次電池，從而可以簡(jiǎn)化制造工序，且制造成本可以大大下降。
[0053]圖7顯示用于固定根據(jù)例示性實(shí)施方式的電極組件的固定構(gòu)件。
[0054]S卩，根據(jù)例示性實(shí)施方式的電極組件可還包含用于固定單元結(jié)構(gòu)自身的側(cè)面或周邊、或者用于固定通過(guò)堆疊多個(gè)單元結(jié)構(gòu)而形成的電極組件100的側(cè)面或周邊的固定構(gòu)件Tl。
[0055]為了確認(rèn)簡(jiǎn)單堆疊的結(jié)構(gòu)的堆疊穩(wěn)定性，可以通過(guò)在堆疊的結(jié)構(gòu)的側(cè)面處使用單獨(dú)的元件而實(shí)施固定。通過(guò)如圖7(a)中所示捆扎堆疊的電極組件的周邊、或通過(guò)如圖7(b)中所示將固定構(gòu)件T2用于僅固定電極組件的側(cè)面，可以應(yīng)用這種固定部件。另外，固定部件的材料可以選自與隔膜不同的材料。
[0056]當(dāng)然，除了使用單獨(dú)的固定部件之外，通過(guò)將擠出的隔膜的末端部分焊接到堆疊的電極組件的單元結(jié)構(gòu)的側(cè)面部分，也可以完成電極組件的固定。通過(guò)使用選自如下的至少一種可以形成隔膜:具有細(xì)孔的聚乙烯膜；聚丙烯膜；通過(guò)將所述膜結(jié)合而得到的多層膜；聚偏二氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物的聚合物電解質(zhì)用聚合物膜。
[0057]下文中，將對(duì)根據(jù)本發(fā)明的電極組件的構(gòu)成要素的特定材料和構(gòu)造特征進(jìn)行說(shuō)明。
[0058][正極結(jié)構(gòu)]
[0059]將設(shè)置在基本單元(radical cell)中的電極分為正極和負(fù)極并通過(guò)將正極和負(fù)極與插入其間的隔膜一起結(jié)合來(lái)制造基本單元。例如通過(guò)將正極活性材料、導(dǎo)電材料和粘合劑的混合物漿料涂布 在正極集電器上、干燥并壓制可以制造正極?？梢愿鶕?jù)情況需要將填料添加到混合物中。當(dāng)以安裝在輥上的片狀完成正極時(shí)，可以提高基本單元的制造速率。
[0060][正極集電器]
[0061]通常將正極集電器制成約3~約500 μ m的厚度。關(guān)于正極集電器，可以使用不會(huì)誘發(fā)電池的化學(xué)變化并具有高導(dǎo)電性的材料而沒(méi)有限制。例如，可以使用不銹鋼；鋁；鎳；鈦；煅燒碳；經(jīng)碳、鎳、鈦或銀表面處理過(guò)的鋁或不銹鋼材料等。通過(guò)在正極集電器表面上形成細(xì)小的壓紋可以提高正極活性材料的膠粘性。正極集電器可以具有諸如膜、片、箔、網(wǎng)、多孔材料、泡沫材料和無(wú)紡材料等的各種形狀。
[0062][正極活性材料]
[0063]鋰二次電池用正極活性材料可以包括例如如下而無(wú)限制:鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)等的層狀化合物或者被一種或多種過(guò)渡金屬置換的所述化合物；鋰錳氧化物如Li1+xMn2_x04(其中X為O~0.33)、LiMnO3' LiMn2O3以及LiMnO2等；鋰銅氧化物(Li2CuO2);釩氧化物如 LiV308、LiFe3O4, V2O5, Cu2V2O7 等；由化學(xué)式 LiNi1^MxO2 (其中 M =Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga, x = 0.01~0.3)表示的Ni位點(diǎn)型鋰鎳氧化物；由化學(xué)式LiMn2_xMx02 (其中 M = Co、N1、Fe、Cr、Zn 或 Ta，x = 0.01 ~0.1)或 Li2Mn3MO8 (其中 M = Fe、Co、N1、Cu或Zn)表示的鋰錳復(fù)合氧化物；其中一部分Li被堿土金屬離子置換的LiMn2O4 ；二硫化合物；Fe2 (MoO4) 3等。
[0064]通常，基于混合物的總量，以I~50重量％的量將導(dǎo)電材料添加到包含正極活性材料的混合物中?？梢允褂镁哂袑?dǎo)電性而不會(huì)誘發(fā)電池的化學(xué)變化的任意導(dǎo)電材料而沒(méi)有限制。例如，可以使用石墨如天然石墨、合成石墨等；炭黑如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、爐黑、燈黑、熱裂法炭黑等；導(dǎo)電纖維如碳纖維、金屬纖維等；金屬粉末如氟化碳粉末、鋁粉末、鎳粉末等；導(dǎo)電晶須如鈦酸鉀等；導(dǎo)電金屬氧化物如二氧化鈦等；導(dǎo)電材料如聚亞苯基衍生物等。[0065]粘合劑是幫助活性材料與導(dǎo)電材料和集電器的粘合的組分，且基于包含正極活性材料的混合物的總量，通常以約I~50重量％的量包含。粘合劑的實(shí)例可包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纖維素(CMC)、淀粉、羥丙基纖維素、再生纖維素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯聚合物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡膠、氟橡膠、各種共聚物等。
[0066]填料是抑制正極膨脹的組分并可選擇性地使用?？梢允褂貌粫?huì)誘發(fā)電池的化學(xué)變化并具有纖維相的材料而沒(méi)有限制。例如，可使用烯烴類(lèi)聚合物如聚乙烯、聚丙烯等；纖維相材料如玻璃纖維、碳纖維等。
[0067][負(fù)極結(jié)構(gòu)]
[0068]通過(guò)將負(fù)極活性材料涂布在負(fù)極集電器上、干燥并壓制可以制造負(fù)極。可以根據(jù)情況需要選擇性地包含導(dǎo)電材料、粘合劑、填料等。當(dāng)以可能安裝在輥上的片狀形成負(fù)極時(shí)，可以提聞基本單兀的制造速率。
[0069][負(fù)極集電器]
[0070]通常將負(fù)極集電器制成約3~約500 μ m的厚度。關(guān)于負(fù)極集電器，可以使用不會(huì)誘發(fā)電池的化學(xué)變化并具有導(dǎo)電性的材料而沒(méi)有限制。例如，可以使用銅；不銹鋼；鋁；鎳；鈦；煅燒碳；經(jīng)碳、鎳、鈦、銀表面處理過(guò)的銅或不銹鋼材料；鋁-鎘合金等。此外，如同正極集電器，通過(guò)在負(fù)極集電器的表面上形成細(xì)小的壓紋可以提高負(fù)極活性材料的膠粘性。負(fù)極集電器可以具有諸如膜、片、箔、網(wǎng)、多孔材料、泡沫材料、無(wú)紡材料等的各種形狀。
[0071][負(fù)極活性材料]
[0072]負(fù)極活性材料可以包括例如:碳如非石墨化碳、石墨基碳等；金屬?gòu)?fù)合氧化物如LixFe2O3 (O ≤ X ≤ 1), LixWO2 (O ≤ x ≤ 1)、SnxMe1^xMeJ y0z (Me:Mn、Fe、Pb、Ge ;Me，:A1, B, P,Si，周期表中的1族、2族和3族中的元素，鹵素；0〈x≤I ;1≤y≤3 ;1≤z≤8)等；鋰金屬；鋰合金；娃基合金；錫基合金；金屬氧化物如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb204、Sb205、GeO、Ge02、Bi203、Bi204、Bi2O5 等;導(dǎo)電聚合物如聚乙炔等;L1-Co_Ni 基材料等。
[0073][隔膜]
[0074]隔膜通過(guò)實(shí)施折疊工序或卷繞工序之外的簡(jiǎn)單堆疊工序以完成簡(jiǎn)單堆疊而形成基本單元。特別地，在層壓機(jī)中通過(guò)加壓(或通過(guò)加壓和加熱)可以完成隔膜與電極的粘附。根據(jù)上述工序，可以使電極與隔膜片之間的穩(wěn)定界面接觸成為可能。
[0075]可以將可顯示絕緣性能并具有用于離子移動(dòng)的多孔結(jié)構(gòu)的任意材料用于制造隔膜。例如，可以使用具有高離子透過(guò)率和機(jī)械強(qiáng)度的絕緣薄膜。隔膜或隔膜片的孔徑通常為約0.01~約10 μ m且其厚度通常為約5~約300 μ m。
[0076]關(guān)于隔膜，例如可以使用烯烴類(lèi)聚合物如耐化學(xué)性和疏水性的聚丙烯等；通過(guò)使用玻璃纖維、聚乙烯等制成的片或無(wú)紡布。當(dāng)使用諸如聚合物的固體電解質(zhì)作為電解質(zhì)時(shí)，所述固體電解質(zhì)可還充當(dāng)隔膜。優(yōu)選地，可以使用聚乙烯膜；聚丙烯膜；或通過(guò)將所述膜結(jié)合而得到的多層膜；或者用于聚合物電解質(zhì)或膠凝型聚合物電解質(zhì)的聚合物膜如聚偏二氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
[0077]下文中，將對(duì)其中可應(yīng)用根據(jù)本發(fā)明的電極組件100的電化學(xué)裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0078]根據(jù)本發(fā)明的電極組件100可以應(yīng)用于通過(guò)正極與負(fù)極的電化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生電力的電化學(xué)電池中。電化學(xué)電池的典型實(shí)例包括特級(jí)電容器、超級(jí)電容器、二次電池、燃料電池、所有類(lèi)型的傳感器、電解用設(shè)備、電化學(xué)反應(yīng)器等。尤其優(yōu)選二次電池。
[0079]二次電池具有如下結(jié)構(gòu)，其中呈現(xiàn)浸滲有含離子的電解質(zhì)的狀態(tài)的可充電/可放電電極組件內(nèi)置入電池殼中。在優(yōu)選實(shí)施方式中，二次電池可以為鋰二次電池。
[0080]近來(lái)，鋰二次電池作為大型裝置和小型移動(dòng)裝置的電源引起了極大關(guān)注。輕質(zhì)鋰二次電池可優(yōu)選用于這些領(lǐng)域中。作為降低二次電池的重量的一種方法，可以使用將電極組件包含在鋁層壓片的袋型殼中的內(nèi)置結(jié)構(gòu)。由于鋰二次電池的特征在本領(lǐng)域內(nèi)是熟知的，所以省略關(guān)于鋰二次電池的說(shuō)明。
[0081]另外，如上所述，當(dāng)將鋰二次電池用作中型和大型裝置的電源時(shí)，最大程度地抑制長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)性能的劣化、具有良好壽命性能并具有可以較低成本批量生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)的二次電池可能是優(yōu)選的。從該點(diǎn)考慮，可以?xún)?yōu)選將包含本發(fā)明的電極組件的二次電池用作中型和大型電池模塊中的單元電池。
[0082]可以將包含含有多個(gè)二次電池的電池模塊的電池組用作選自如下的至少一種中型和大型裝置中的電源:電動(dòng)工具；電動(dòng)車(chē)輛，選自電動(dòng)車(chē)輛(EV)、混合動(dòng)力車(chē)輛(HEV)和插電式混合動(dòng)力車(chē)輛(PHEV)；電動(dòng)自行車(chē)；電動(dòng)滑板車(chē)；電動(dòng)高爾夫球車(chē)；電動(dòng)卡車(chē)；以及電動(dòng)商業(yè)車(chē)輛。
[0083]所述中型和大型電池模塊由多個(gè)以串聯(lián)體系或串聯(lián)/并聯(lián)體系連接以提供高輸出和高容量的單元電池構(gòu)成。關(guān)于這些特征的技術(shù)在本領(lǐng)域內(nèi)是熟知的。因此，在本申請(qǐng)中將省略對(duì)所述特征的說(shuō)明。
[0084]盡管已經(jīng)結(jié)合例示性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了示出和說(shuō)明，但對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員明顯的是，在不背離由附屬權(quán)利要求書(shū)限定的本發(fā)明的主旨和范圍的條件下能夠完成變體和變化。
【權(quán)利要求】
1.一種電極組件的制造方法，所述電極組件包含第一電極、第二電極和隔膜，所述電極組件的單元結(jié)構(gòu)通過(guò)如下制造: 實(shí)施層壓并形成具有第一電極/隔膜/第二電極/隔膜/第一電極結(jié)構(gòu)的雙電池的第一工序； 實(shí)施將第一隔膜層壓在兩個(gè)第一電極中的一個(gè)第一電極上的第二工序；和 實(shí)施將第二隔膜/第二電極依次層壓在所述兩個(gè)第一電極中的另一個(gè)第一電極上的第三工序。
2.如權(quán)利要求1所述的電極組件的制造方法，其中對(duì)多個(gè)所述單元結(jié)構(gòu)進(jìn)行堆疊。
3.如權(quán)利要求1所述的電極組件的制造方法，其中通過(guò)使用單獨(dú)的層壓機(jī)實(shí)施所述第二工序和所述第三工序。
4.如權(quán)利要求1所述的電極組件的制造方法，其中通過(guò)使用一個(gè)層壓機(jī)同時(shí)或依次實(shí)施所述第二工序和所述第三工序。
5.如權(quán)利要求1所述的電極組件的制造方法，其中利用具有膠粘性的涂布材料對(duì)所述第二隔膜的兩面進(jìn)行涂布，并利用所述具有膠粘性的涂布材料對(duì)所述第一隔膜的與所述第一電極接觸的一面進(jìn)行涂布。
6.如權(quán)利要求1所述的電極組件的制造方法，其中利用具有膠粘性的涂布材料對(duì)包含在所述雙電池中的所述隔膜的兩面進(jìn)行涂布。
7.如權(quán)利要求5或6所述的電極組件的制造方法，其中所述涂布材料為無(wú)機(jī)粒子和粘合劑聚合物的混合物。
8.如權(quán)利要求1所述的電極組件的制造方法，其中所述第一電極和所述第二電極為包含在集電器的兩面上都涂布有活性材料的結(jié)構(gòu)的雙面電極。
9.如權(quán)利要求1所述的電極組件的制造方法，其中在所述第二工序或所述第三工序中用于層壓的溫度比在所述第一工序中用于層壓的溫度低20°C?50°C。
10.如權(quán)利要求1所述的電極組件的制造方法，其中在所述第二工序或所述第三工序中用于層壓的壓力為在所述第一工序中用于層壓的壓力的40%?60%。
11.如權(quán)利要求3或4所述的電極組件的制造方法，其中對(duì)用于實(shí)施所述第一工序的層壓機(jī)之外的其余層壓機(jī)，被施加到上塊與下塊的溫度相差10°C?30°C。
12.一種電極組件，包含至少一個(gè)通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的電極組件的制造方法制造的單元結(jié)構(gòu)。
13.如權(quán)利要求12所述的電極組件，還包含用于固定所述單元結(jié)構(gòu)的側(cè)面或周邊的固定構(gòu)件。
14.如權(quán)利要求12所述的電極組件，還包含用于固定所述電極組件的側(cè)面或周邊的固定構(gòu)件。
15.如權(quán)利要求13或14所述的電極組件，其中通過(guò)使用與所述隔膜的材料不同的材料形成所述固定構(gòu)件。
16.如權(quán)利要求12所述的電極組件，其中所述第一電極和所述第二電極為包含在集電器的兩面上都涂布有活性材料的結(jié)構(gòu)的雙面電極。
17.—種電化學(xué)電池，包含根據(jù)權(quán)利要求12的電極組件。
【文檔編號(hào)】H01M2/14GK103959542SQ201380004028
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2013年6月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月28日
【發(fā)明者】賈大根, 金赫洙, 許準(zhǔn)佑, 李香穆, 安昶范 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg 化學(xué)