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電極組件和包含其的電化學(xué)裝置的制造方法

文檔序號:11412609閱讀:263來源:國知局
電極組件和包含其的電化學(xué)裝置的制造方法
電極組件和包含其的電化學(xué)裝置相關(guān)申請的交叉參考本申請主張于2013年10月31日在韓國提交的韓國專利申請10-2013-0131567號的優(yōu)先權(quán),通過參考將其并入本文中。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明涉及電極組件,更具體地涉及為電化學(xué)裝置提供更好潤濕和脫氣性能的電極組件。

背景技術(shù):
近來,人們對能量存儲技術(shù)的興趣日益增加。電化學(xué)裝置已經(jīng)在移動電話、便攜式攝像機、筆記本電腦、PC和電動汽車領(lǐng)域被廣泛用作電源,導(dǎo)致對其進行了細(xì)致的研究和開發(fā)。在這點上,電化學(xué)裝置是引起極大興趣的一個主題。特別地,開發(fā)可再充電二次電池已經(jīng)成為了關(guān)注的焦點。特別地,根據(jù)近期電子裝置的尺寸變小且質(zhì)量變輕的趨勢,可再充電二次電池也需要更小的尺寸和輕的重量以及高容量。此外,根據(jù)由正極/隔膜/負(fù)極構(gòu)成的電極組件的結(jié)構(gòu)將二次電池分為例如:卷型(卷繞型)結(jié)構(gòu),其通過將隔膜設(shè)置在長片形式的正極與負(fù)極之間,隨后卷繞而得到;或堆疊(層壓型)結(jié)構(gòu),其通過將隔膜設(shè)置在具有預(yù)定尺寸的多個正極與負(fù)極之間,隨后依次進行層壓而得到。然而,這種常規(guī)電極組件存在幾個問題。首先,由于以通過將片形式的正極和負(fù)極以其接觸的狀態(tài)進行卷繞以形成圓柱形或橢圓形橫斷面的方式制備卷型電極組件,所以電極組件內(nèi)部積聚有因在充電和放電過程期間電極的膨脹和收縮而造成的應(yīng)力。當(dāng)這種應(yīng)力積聚超過特定界限時,電極組件易于變形。由于電極組件變形,所以電極之間的空間變得不均勻,從而快速劣化電池性能,并發(fā)生內(nèi)部短路而威脅電池安全。此外,片形式的正極和負(fù)極的卷繞難以保持正極與負(fù)極之間的均勻距離,且還難以對其進行快速卷繞,由此在生產(chǎn)率方面是不利的。第二,由于通過依次對多個正極和負(fù)極單元進行層壓來制備堆疊型電極組件,所以需要單獨的步驟以轉(zhuǎn)移板生產(chǎn)所述單元,且依次層壓需要大量的時間和努力,因此其生產(chǎn)率低。為了克服這些問題,本申請人已經(jīng)開發(fā)了特色結(jié)構(gòu)的電極組件,其為卷型和堆疊型的混合形式,即通過利用長隔膜片對雙電池或全電池進行連續(xù)卷繞而制備的堆疊-折疊電極組件,所述雙電池或全電池是通過對其間設(shè)置有隔膜的正極單元和負(fù)極單元進行層壓而得到的。這種堆疊-折疊電極組件公開在韓國專利申請公布2001-0082058號、2001-0082059號和2001-0082060號中。圖1~3是示意性顯示堆疊-折疊電極組件的結(jié)構(gòu)的橫斷面視圖,其中相同的數(shù)字表示相同的部分。參考圖1~3,電極組件10、20、30包含多個單元電池7a、7b、7c1、7c2,各個電池單元具有第一隔膜3a、3b、3c和設(shè)置在所述第一隔膜3a、3b、3c兩側(cè)上的負(fù)極1a、1b、1c和正極5a、5b、5c。正極5a、5b、5c具有正極活性材料層形成在正極集電器兩個表面上的結(jié)構(gòu),且負(fù)極1a、1b、1c具有負(fù)極活性材料層形成在負(fù)極集電器兩個表面上的結(jié)構(gòu)。如圖1~3中所示,各個單元電池具有多種結(jié)構(gòu),包括:雙電池(7a、7b)結(jié)構(gòu),其中一個正極5a、5b和一個負(fù)極1a、1b設(shè)置在第一隔膜3a、3b的兩側(cè)上;及雙電池(7c1、7c2)結(jié)構(gòu),其中各個第一隔膜3c設(shè)置在正極5c或負(fù)極1c的兩個表面上,且另一個正極5c或另一個負(fù)極1c各自設(shè)置在各個第一隔膜3c上,例如正極/隔膜/負(fù)極/隔膜/正極或負(fù)極/隔膜/正極/隔膜/負(fù)極的結(jié)構(gòu)。在電極組件10、20、30中,各個單元電池7a、7b、7c1、7c2以層壓形式存在。相鄰并相互面對的各個單元電池7a、7b、7c1、7c2被第二隔膜9a、9b、9c單獨連續(xù)圍繞,所述隔膜9a、9b、9c以圖1~3中所示的各種形式設(shè)置在單元電池之間,由此發(fā)揮作為隔膜的功能。將這種堆疊-折疊電極組件放入電池殼中,向其引入電解液,由此制備電池。在引入電解液之后,花費時間利用電解液對隔膜進行充分浸漬。實際上,由于生產(chǎn)率問題而難以獲得足夠的浸漬時間。因此,電解液不能充分浸漬隔膜,從而隔膜較少潤濕且未浸漬的電解液在苛刻條件下會泄漏。此外,由電解液分解和電池副反應(yīng)而產(chǎn)生的氣體在電池中造成松散現(xiàn)象,從而劣化電池性能。如果因副反應(yīng)而產(chǎn)生的氣體不能釋放,則難以抑制電池的膨脹。據(jù)此,電池在其性能方面劣化并易于因外部撞擊而變形,從而電池的強度下降。特別地,在高溫條件下這些問題更易于發(fā)生。

技術(shù)實現(xiàn)要素:
為了解決相關(guān)技術(shù)的問題而設(shè)計了本發(fā)明,因此本發(fā)明涉及提供一種電極組件,所述電極組件具有更好的潤濕性且電解液不會泄露,且由外部撞擊造成的變形較小。根據(jù)本發(fā)明的一個方面,提供一種電極組件,所述電極組件包含:多個單元電池,各個單元電池具有包含正極、負(fù)極和設(shè)置在正極與負(fù)極之間的第一隔膜的全電池或雙電池結(jié)構(gòu);及通過利用第二隔膜圍繞各個單元電池而堆疊的多個單元電池,其中所述第二隔膜的平均孔徑(d2)大于所述單元電池中所述第一隔膜的平均孔徑(d1)。單元電池中第一隔膜的平均孔徑(d1)為20~50mm,且第二隔膜的平均孔徑(d2)為22nm以上。第二隔膜的平均孔徑(d2)可以比單元電池中第一隔膜的平均孔徑(d1)大2~20nm。此外,第二隔膜的孔隙率(p2)比單元電池中第一隔膜的孔隙率(p1)高。單元電池中第一隔膜的孔隙率(p1)為20~50%,且第二隔膜的孔隙率(p2)為30~60%。第一隔膜和第二隔膜可以各自獨立地包含:a)具有孔的多孔基材;或b)具有孔的多孔基材和在所述多孔基材至少一個表面上的有機-無機多孔涂層的組件,所述有機-無機多孔涂層由無機粒子和粘合劑聚合物形成。所述多孔基材可以由選自如下物質(zhì)中的至少一種制成:聚烯烴、聚對苯二甲酸乙二酯、聚對苯二甲酸丁二酯、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酯。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面,提供一種電化學(xué)裝置,包含放入電池殼中的上述電極組件。所述電化學(xué)裝置可以為鋰二次電池。在根據(jù)本發(fā)明的電極組件中,圍繞單元電池的第二隔膜的孔徑大于單元電池中第一隔膜的孔徑,從而提高潤濕性,提高將由電池的副反應(yīng)產(chǎn)生的氣體除去的脫氣性能,由此使得電解液不會泄露且電池的膨脹更小,并最終即使在長期使用下仍保持良好的電池性能且因外部撞擊的變形更小。由此,本發(fā)明的電極組件能夠用于電池中以對電池提供良好的強度,由此提高包括穩(wěn)定性的電池的性能。附圖說明附圖顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案,并與上述

技術(shù)實現(xiàn)要素:
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。圖1示意性顯示了常規(guī)電極組件的一個實例的橫斷面。圖2示意性顯示了常規(guī)電極組件的另一個實例的橫斷面。圖3示意性顯示了常規(guī)電極組件的另一個實例的橫斷面。圖4示意性顯示了具有根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的單元電池的電極組件的橫斷面。圖5示意性顯示了具有根據(jù)本發(fā)明另一個實施方案的單元電池的電極組件的橫斷面。<附圖標(biāo)記說明>10、20、30:電極組件3a、3b、3c:第一隔膜1a、1b、1c:負(fù)極5a、5b、5c:正極7a、7b、7c1、7c2:單元電池9a、9b、9c:第二隔膜101、201:正極103、203:第一隔膜105、205:負(fù)極109:第二隔膜110、120、130、140、150:全電池210、220、230、240、250:雙電池具體實施方式下文中,將參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進行詳細(xì)說明。在說明之前,應(yīng)理解,不能認(rèn)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。因此,本文中提供的實施方案的構(gòu)造和附圖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以對其完成其他等價物和變體。本發(fā)明的一個方面提供一種電極組件,所述電極組件包含:多個單元電池,各個單元電池具有包含正極、負(fù)極和設(shè)置在正極與負(fù)極之間的第一隔膜的全電池或雙電池結(jié)構(gòu);和通過利用第二隔膜圍繞各個單元電池而堆疊的多個單元電池,其中所述第二隔膜的平均孔徑(d2)大于所述單元電池中所述第一隔膜的平均孔徑(d1)。在本發(fā)明中,第一隔膜存在于單元電池中并設(shè)置在各個單元電池中的正極與負(fù)極之間,而第二隔膜用于圍繞單元電池。將電極組件放入電池殼中,向其引入電解液,由此制備電池。為了確保電池的性能和穩(wěn)定性,需要隔膜易于被電解液潤濕。此外,電解液的分解和電池的副反應(yīng)會產(chǎn)生氣體,所述氣體的去除不充分會劣化電池性能。因此,需要提高將產(chǎn)生的氣體除去的脫氣性能。鑒于此,本發(fā)明人努力地滿足這些需要并發(fā)現(xiàn),將第二隔膜的平均孔徑控制為大于第一...
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