制造果凍卷式電極組件的方法和制造果凍卷式聚合物二次電池的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種制造果凍卷式電極組件的方法，并提供了制造電極組件的方法，包括：切刻步驟，用于通過(guò)將單向伸長(zhǎng)的陰極和陽(yáng)極切刻成預(yù)定尺寸和形狀來(lái)形成多個(gè)電極單元，將電極單元切刻成通過(guò)在電極單元的兩端上的連接單元而彼此電連接；堆疊步驟，通過(guò)在其間布置有分隔物的情況下堆疊陰極和陽(yáng)極來(lái)形成單元電池；和卷繞步驟，通過(guò)使連接單元彎曲來(lái)卷繞單元電池，使得陰極和陽(yáng)極的電極單元彼此交迭。而且，本發(fā)明提供一種使用獲得的電極組件制造二次電池的方法。在根據(jù)本發(fā)明制造能夠易于簡(jiǎn)化其生產(chǎn)過(guò)程的果凍卷式電極組件和聚合物二次電池時(shí)，能夠制造均展現(xiàn)極好的設(shè)計(jì)靈活性的果凍卷式電極組件和聚合物二次電池。而且，本發(fā)明的目的是提供一種加工在制造電極組件時(shí)使用的分隔物以對(duì)應(yīng)于電極組件的形狀的有效方法。
【專利說(shuō)明】制造果凍卷式電極組件的方法和制造果凍卷式聚合物二次電池的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及一種制造果凍卷式電極組件的方法和一種制造包括該電極組件的聚合物二次電池的方法，并且更具體地，涉及一種制造允許提高設(shè)計(jì)靈活性的果凍卷式電極組件的方法和一種制造包括該電極組件的聚合物二次電池的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]通常而言，通過(guò)層壓其間布置有分隔物的陰極和陽(yáng)極并在單一方向上卷繞陰極和陽(yáng)極層壓件，來(lái)制造果凍卷式聚合物電池。在圖1中圖示了制造這種果凍卷式電極組件的示意性過(guò)程以及通過(guò)該過(guò)程獲得的果凍卷式電極組件。
[0003]在圖1中，可通過(guò)在單一方向上卷繞多個(gè)電極而獲得果凍卷式電極組件1，該方法與通過(guò)層壓多個(gè)電極如堆疊式電極組件或者堆疊/折疊式電極組件來(lái)制造電極組件的方法不同，該方法不需要層壓多個(gè)電極和分隔物的過(guò)程。因此，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于，制造過(guò)程比其它方法相對(duì)更簡(jiǎn)單，由此易于生產(chǎn)。
[0004]然而，當(dāng)電極組件I被制造成這種果凍卷式電極組件時(shí)，如圖1中所示，使用:兩個(gè)直線電極，也就是陽(yáng)極31和陰極33，兩者都大致具有在單一方向上伸長(zhǎng)的矩形形狀；以及分隔物50。因此，如上所述，通過(guò)層壓其間布置有分隔物50的陽(yáng)極31和陰極33并且僅僅卷繞陽(yáng)極31和33而獲得的果凍卷式電極組件I以及使用這種電極組件獲得的電池通常具有圖1中所示的矩形形狀，這可能限制電池的形狀。結(jié)果，與堆疊式或堆疊/折疊式聚合物電池相比，設(shè)計(jì)自由度明顯降低。
[0005]韓國(guó)專利公開N0.2002-0082729公開了一種制造鈕扣式鋰電池的方法，其中通過(guò)將圓形電極集電板聯(lián)接至四邊形連接單元來(lái)制造果凍卷式電池。然而，該專利文獻(xiàn)中提供的二次電池受限于鈕扣式鋰電池。特別地，該專利文獻(xiàn)公開了分隔物被設(shè)置在陰極集電板和陽(yáng)極集電板之間，但是未特別描述分隔物的形狀。同樣地，該專利文獻(xiàn)未描述關(guān)于與集電板的形狀對(duì)應(yīng)的分隔物形狀的具體內(nèi)容。
[0006]因此，當(dāng)使用四邊形分隔物時(shí)，設(shè)計(jì)自由度可能受限，并且當(dāng)使用具有與集電板相同形狀的分隔物時(shí)，必須對(duì)分隔物進(jìn)行加工，以具有與集電板相同的形狀。另外，當(dāng)分隔物被加工成具有特定形狀時(shí)，應(yīng)提前以與電極板形狀相對(duì)應(yīng)的形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)分隔物。在該情況下，要求特定的尺寸精確度。特別地，分隔物通常為塑性材料形成的非常薄的膜，因而不易于被切割成具有預(yù)定形狀，這導(dǎo)致難以實(shí)現(xiàn)期望形狀。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問(wèn)題
[0008]本公開的一方面可提供制造均展現(xiàn)極好的設(shè)計(jì)靈活性的果凍卷式電極組件和聚合物二次電池的方法，在制造該果凍卷式電極組件和聚合物二次電池時(shí)，其生產(chǎn)過(guò)程能夠易于簡(jiǎn)化。
[0009]本公開的一方面也可提供一種加工在制造電極組件時(shí)使用的分隔物以對(duì)應(yīng)于電極組件的形狀的有效方法。
[0010]技術(shù)解決方案
[0011]根據(jù)本公開的一方面，一種制造電極組件的方法可包括:切刻操作，即，對(duì)在一個(gè)方向上伸長(zhǎng)的陰極和陽(yáng)極進(jìn)行切刻以具有恒定的尺寸和形狀，從而形成多個(gè)電極單元，其中電極單元通過(guò)在每個(gè)電極單元的兩端處形成的連接單元而彼此電連接；層壓操作，即，在其間布置有分隔物50的情況下對(duì)陰極和陽(yáng)極進(jìn)行層壓以形成單元電池；和卷繞操作，即，通過(guò)使連接單元彎曲來(lái)卷繞單元電池，使得陰極和陽(yáng)極的電極單元彼此交迭。
[0012]根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的制造電極組件的方法還可包括:分隔物結(jié)合操作，即，在卷繞操作之后，對(duì)形狀不與電極單元的形狀對(duì)應(yīng)的額外分隔物進(jìn)行結(jié)合以形成分隔物結(jié)合體；和切割操作，即，切割分隔物結(jié)合體。
[0013]在該情況下，可通過(guò)焊接分隔物來(lái)形成分隔物結(jié)合體，并且可在分隔物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 土 20 V的溫度內(nèi)執(zhí)行焊接。
[0014]同樣地，可通過(guò)使用刀具、模具、剪刀、激光束等切割分隔物，執(zhí)行切割操作。
[0015]連接單元可由與電極單元的集電板相同的材料形成。在該情況下，連接單元可被涂覆有與電極單元相同的電極活性材料。
[0016]根據(jù)本公開的另一方面，一種制造二次電池的方法可包括將通過(guò)上述方法制造的電極組件封裝在電池殼體內(nèi)。
[0017]根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的制造二次電池的方法還可包括將電池殼體加工成與電極組件的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。
[0018]有利效果
[0019]根據(jù)本公開，可以以各種形狀實(shí)現(xiàn)果凍卷式電極組件，由此提高了二次電池的設(shè)計(jì)靈活性。
[0020]此外，可易于切除額外分隔物，以對(duì)應(yīng)于所制造的電極組件的形狀。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是示出制造果凍卷式電極組件的傳統(tǒng)方法的示意圖和通過(guò)該方法獲得的電極組件的頂視圖。
[0022]圖2是示出制造根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的具有改進(jìn)形狀靈活性的果凍卷式電極組件的方法的示意圖和通過(guò)該方法獲得的電極組件的頂視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。
[0024]然而，本公開可以以許多不同形式來(lái)例示，并且不應(yīng)被解釋為限于在此提出的特定實(shí)施例。更確切地，提供這些實(shí)施例，以便本公開將徹底和完整，并且將本公開的范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。
[0025]在附圖中，為了清晰，可能夸大了元件的形狀和尺寸，并且將始終使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)標(biāo)識(shí)相同或類似的元件。
[0026]本公開涉及一種制造果凍卷式電極組件的方法。這里，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，能夠提高電池的設(shè)計(jì)靈活性，這是因?yàn)樵诠麅鼍硎诫姌O組件的制造中，通過(guò)根據(jù)期望形狀對(duì)在其上發(fā)生電池的充電/放電反應(yīng)的電極平面的形狀切刻，能夠?qū)崿F(xiàn)各種形狀的電池。
[0027]本公開提供一種通過(guò)在單一方向上卷繞層壓件來(lái)制造果凍卷式電極組件的方法。這里，通過(guò)層壓其間布置有分隔物的單一陽(yáng)極和單一陰極來(lái)形成層壓件，其中陽(yáng)極包括陽(yáng)極活性材料層，并具有陽(yáng)極突片，其中陽(yáng)極集電板的一個(gè)表面或兩個(gè)表面都被涂覆有陽(yáng)極活性材料；并且陰極包括陰極活性材料層，并具有陰極突片，其中陰極集電板的一個(gè)表面或兩個(gè)表面都被涂覆有陰極活性材料。根據(jù)本公開示例性實(shí)施例的這種制造果凍卷式電極組件的方法在圖2中示意性地示出。
[0028]本發(fā)明的實(shí)施例
[0029]參考圖2，在根據(jù)本公開的示例性實(shí)施例的電極組件I的制造中，陽(yáng)極31和陰極33中的每個(gè)包括:多個(gè)電極單元10，該電極單元10被涂覆有電極活性材料，從而導(dǎo)致電池中的充電/放電反應(yīng)；和連接單元20，連接單元20被配置成將電極單元10彼此電聯(lián)接?？赏ㄟ^(guò)對(duì)電極31或33切刻來(lái)形成電極單元10和連接單元20。當(dāng)通過(guò)對(duì)電極31或33切刻來(lái)形成電極單元10時(shí)，電極31或33可被切刻以形成將電極單元10彼此電聯(lián)接的連接單元20，從而電極單元10起一個(gè)電極的作用，而無(wú)任何短路。
[0030]根據(jù)將實(shí)現(xiàn)的電池形狀，可以以各種形狀實(shí)現(xiàn)電極單元10。例如，電極單元10可形成如圖2中所示的圓形形狀，并且也可實(shí)現(xiàn)為各種形狀，諸如四邊形和橢圓形形狀。
[0031]同時(shí)，連接單元20用于將相鄰電極單元電聯(lián)接，從而整體用作一個(gè)電極。在制造果凍卷式電極組件I時(shí)，連接單元20在電極單元10的橫向表面處形成，以便能夠在連接單元20處折疊電極單元10，但是不特別限制連接單元20的位置。在該情況下，不特別限制連接單元20的形狀，但是連接單元20可以以各種形狀形成。
[0032]此外，根據(jù)需要，可適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)連接單元20的寬度。然而，當(dāng)連接單元20具有過(guò)大寬度時(shí)，就難以實(shí)現(xiàn)電極單元10的期望形狀。在卷繞時(shí)，張力被施加，從而允許電極被緊密地附接至分隔物50。在該情況下，當(dāng)連接單元20具有過(guò)小寬度時(shí)，連接單元20可能由于卷繞期間對(duì)其施加的張力而破裂。例如，連接單元20的寬度可處于關(guān)于在其上設(shè)置有連接單元20的電極單元10的長(zhǎng)度的5% -30%的范圍內(nèi)。
[0033]同時(shí)，根據(jù)電極單元10之間的間隙來(lái)確定連接單元20的長(zhǎng)度，但是本公開不限于此。然而，由于電極層壓件具有在卷繞方向上從內(nèi)部至外部逐漸增加的高度，考慮到該事實(shí)，期望將連接單元20設(shè)計(jì)成使得連接單元20的長(zhǎng)度能夠從內(nèi)部至外部逐漸增大。
[0034]陽(yáng)極31和陰極33可分別具有與電極單元10和連接單元20相同的形狀。由于通過(guò)層壓其間布置有分隔物50的陽(yáng)極31和陰極33以及在一個(gè)方向上卷繞陽(yáng)極31和陰極33的層壓件來(lái)形成果凍卷式電極組件1，所以陰極33和陽(yáng)極31的電極單元10及連接單元20的形狀可分別在相應(yīng)的電極處相同。
[0035]可通過(guò)對(duì)電極切刻來(lái)形成包括電極單元10和連接單元20的電極，同時(shí)留有連接單元20以防止電極單元10彼此分離，其中，在單一方向上伸長(zhǎng)的集電板的一個(gè)表面或兩個(gè)表面被涂覆有每種電極活性材料。
[0036]可不受限地執(zhí)行切刻，只要電極能夠成形為具有電極單元和連接單元即可。例如，可使用沖壓模具形成電極。在該情況下，電極單元和連接單元的形狀可分別與上述陰極和陽(yáng)極相同。因此，可同時(shí)在陰極和陽(yáng)極上執(zhí)行切刻，并且也可使用相同模具執(zhí)行切刻。
[0037]當(dāng)卷繞電極層壓件以制造果凍卷式電極組件時(shí)，可通過(guò)層壓電極單元和連接單元以相對(duì)應(yīng)并且然后在一個(gè)方向上卷繞電極單元的層壓件，來(lái)制造電極組件。在該情況下，可在每個(gè)電極單元的兩側(cè)處形成的連接單元處彎曲和卷繞電極層壓件。結(jié)果，可在垂直于平面的方向上層壓電極單元，從而形成下列果凍卷式電極組件，其中依次交替地層壓陰極、分隔物和陽(yáng)極。
[0038]同時(shí)，可通過(guò)從一個(gè)集電板切刻來(lái)形成電極單元和連接單元，因而，電極單元和連接單元可具有相同材料。在該情況下，連接單元可以是未被涂覆有電極活性材料的未電鍍部分。當(dāng)連接單元作為上述未電鍍部分形成時(shí)，可防止由于彎曲連接單元而使電極活性材料從集電板分離所導(dǎo)致的電池中的短路問(wèn)題。同樣地，可在每個(gè)連接單元的一個(gè)表面或兩個(gè)表面上涂覆有電極活性材料。當(dāng)如上所述連接單元被涂覆有電極活性材料時(shí)，可促進(jìn)電池的充電/放電反應(yīng)，這導(dǎo)致電池容量的增加。
[0039]可通過(guò)在陰極和陽(yáng)極之間的界面上層壓在單一方向上伸長(zhǎng)的分隔物，并且卷繞電極層壓件，來(lái)形成本公開中提供的上述果凍卷式電極組件。因此，在制造果凍卷式電極組件時(shí)使用的分隔物包括額外分隔物①，如圖2所示，該額外分隔物的形狀不對(duì)應(yīng)于電極單元的形狀。當(dāng)存在這種額外分隔物①時(shí)，在將電極組件引入到電池殼體時(shí)，可能需要其中容納該分隔物的單獨(dú)空間。結(jié)果，由于難以實(shí)現(xiàn)期望的電池設(shè)計(jì)，應(yīng)移除該額外分隔物。然而，不易于切除該額外分隔物而移除，這是因?yàn)轭~外分隔物由柔軟材料形成，諸如聚酯，并且非常薄，這使得難以將額外分隔物切割成對(duì)應(yīng)于電極單元的形狀。
[0040]通過(guò)將從陰極和陽(yáng)極的電極單元向外突出的額外分隔物結(jié)合以形成分隔物結(jié)合體并且切割該額外分隔物，能夠在額外分隔物上容易地執(zhí)行切割過(guò)程。一片分隔物不易于切除，但是當(dāng)若干片分隔物結(jié)合以變得相對(duì)剛硬時(shí)，可更易于切除分隔物。
[0041]例如，可使用通過(guò)向分隔物施加溫度和壓力來(lái)焊接分隔物的方法等等產(chǎn)生分隔物結(jié)合體，但是本公開不限于此。在該情況下，考慮到分隔物的結(jié)合性，分隔物的結(jié)合溫度可處于(Tg-20)°C至(Tg+20)°C (這里，“Tg”為分隔物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)的范圍內(nèi)，但本公開不限于此。
[0042]所產(chǎn)生的分隔物結(jié)合體可被切割為與電極單元的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。當(dāng)分隔物由聚合物材料形成時(shí)，可在特定溫度和壓力下軟化聚合物材料，因而可使分隔物結(jié)合。同樣地，由于多個(gè)分隔物被結(jié)合在一個(gè)位置處并且被切割，因此可通過(guò)一次切割操作將所有的分隔物都切割成具有相同形狀。
[0043]在該情況下，可通過(guò)使用刀具、模具、剪刀、激光束執(zhí)行切割操作，但本公開不限于此。
[0044]在該情況下，術(shù)語(yǔ)“相同形狀”不僅涉及與陽(yáng)極和陰極的電極單元的形狀完全對(duì)應(yīng)的形狀，并且可被用作下列含義，即可保留分隔物的僅稍微額外部分。
[0045]通過(guò)將由此獲得的電極組件封裝在電池殼體內(nèi)，可獲得聚合物二次電池。在該情況下，電池殼體可為袋式殼體，并且可以形成為與封裝在電池殼體內(nèi)的電極組件的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。
[0046]此外，可獲得包括兩個(gè)或更多個(gè)二次電池的電池組，并且也可獲得包括至少一個(gè)二次電池的裝置。該裝置可為移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)、智能電話、智能平板、上網(wǎng)本、輕型電動(dòng)車輛(LEV)、電動(dòng)車輛、混合動(dòng)力電動(dòng)車輛、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛或蓄電系統(tǒng)。
[0047]雖然上文已經(jīng)示出和描述了示例性實(shí)施例，但是對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，在不偏離所附權(quán)利要求書限定的本公開的精神和范圍的情況下，能夠做出變型和變體。
[0048]I:電極組件
[0049]10:電極單元
[0050]20:連接單元
[0051]31:陽(yáng)極
[0052]32:陰極
[0053]41:陰極突片
[0054]43:陽(yáng)極突片
[0055]50:分隔物
[0056]①:額外分隔物
【權(quán)利要求】
1.一種制造電極組件的方法，包括: 切刻操作:以恒定的尺寸和形狀對(duì)在一個(gè)方向上伸長(zhǎng)的陰極和陽(yáng)極進(jìn)行切刻以形成多個(gè)電極單元，其中所述電極單元借助于在每個(gè)所述電極單元的兩端處形成的連接單元而彼此電連接； 層壓操作:在分隔物布置在所述陰極和所述陽(yáng)極的情況下對(duì)所述陰極和所述陽(yáng)極進(jìn)行層壓以形成單元電池；和 卷繞操作:通過(guò)使所述連接單元彎曲來(lái)卷繞所述單元電池，使得所述陰極和所述陽(yáng)極的所述電極單元彼此交迭。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括: 分隔物結(jié)合操作:在所述卷繞操作之后，將形狀不與所述電極單元的形狀相對(duì)應(yīng)的額外分隔物結(jié)合，以形成分隔物結(jié)合體；和 切割操作:切割所述分隔物結(jié)合體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過(guò)焊接所述分隔物來(lái)形成所述分隔物結(jié)合體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，在所述分隔物的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)±20°C的溫度內(nèi)執(zhí)行所述焊接。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，通過(guò)使用刀具、模具、剪刀、激光束等切割所述分隔物，來(lái)執(zhí)行所述切割操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述連接單元由與所述電極單元的集電板的材料相同的材料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，所述連接單元被涂覆有與所述電極單元所涂覆的電極活性材料相同的電極活性材料。
8.一種制造二次電池的方法，包括將通過(guò)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法制造的電極組件封裝在電池殼體內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括將所述電池殼體加工成與所述電極組件的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀。
【文檔編號(hào)】H01M10/04GK104247126SQ201480000926
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年3月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月4日
【發(fā)明者】鄭桃花, 安寅究, 鄭在彬, 安諄昊, 金東明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社Lg 化學(xué)