本發(fā)明涉及一種電極組件的鋰二次電池。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在隨著各種移動(dòng)電源裝置的技術(shù)開(kāi)發(fā)和需求的增加，對(duì)二次電池的需求也急劇增加。在二次電池中，已經(jīng)將具有高能量密度和運(yùn)行電壓以及優(yōu)異的保存和壽命特征的鋰二次電池廣泛用作各種電子產(chǎn)品以及各種移動(dòng)裝置的能源。
鋰二次電池使用金屬氧化物如LiCoO作為正極活性材料并使用碳材料作為負(fù)極活性材料，將多孔聚合物隔片布置在負(fù)極與正極之間，且含有鋰鹽如LiPh的非水電解液用作其中鋰離子在負(fù)極與正極之間移動(dòng)的介質(zhì)。所述鋰二次電池必須在電池的運(yùn)行電壓范圍內(nèi)基本穩(wěn)定，必須具有高充放電效率，并必須具有在足夠高的速率下遷移離子的能力。
將具有3.6V以上運(yùn)行電壓的鋰二次電池用作便攜式電子裝置的電源或?qū)⒍鄠€(gè)鋰二次電池串聯(lián)連接以用于高功率混合動(dòng)力車(chē)輛中。由于鋰二次電池的運(yùn)行電壓是鎳-鎘電池或鎳-金屬氫化物電池的運(yùn)行電壓的三倍且每單位重量的能量密度特性也是優(yōu)異的，所以鋰二次電池具有被廣泛應(yīng)用的趨勢(shì)。在鋰二次電池中，可以對(duì)聚合物隔片進(jìn)行包覆以在保持單電池的安全性、高溫存儲(chǔ)性能和高溫循環(huán)性能的同時(shí)提高對(duì)電極的粘合。然而，這會(huì)造成電池初始電阻的提高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種在電池的制備期間降低初始電阻的同時(shí)提高電池制備的加工性并具有與常規(guī)電池相當(dāng)?shù)碾姵貕勖碾姌O組件，以及包含所述電極組件的鋰二次電池。
本發(fā)明的實(shí)施方案提供電極組件，所述電極組件具有以其中將具有堆疊結(jié)構(gòu)的多個(gè)單元電池布置在長(zhǎng)片型隔膜上的狀態(tài)卷繞的結(jié)構(gòu)，所述電極組件包含具有兩種以上的電極材料構(gòu)造的單元電池，其中堆疊在具有堆疊結(jié)構(gòu)的單元電池上的隔片具有包覆在其兩側(cè)上的包覆材料且長(zhǎng)片型隔膜具有包覆在其一側(cè)上的包覆材料。
附圖說(shuō)明
包括附圖以提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解，將所述附圖并入本說(shuō)明書(shū)中并構(gòu)成本說(shuō)明書(shū)的一部分。附圖顯示了本發(fā)明的例示性實(shí)施方案，并與說(shuō)明書(shū)一起用于解釋本發(fā)明的原理。在所述附圖中：
圖1顯示了本發(fā)明的電極組件。
具體實(shí)施方式
下面參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。然而，本發(fā)明可以以不同形式實(shí)施且不應(yīng)被理解為限制于本文中所述的實(shí)施方案。而是，提供這些實(shí)施方案以使得本公開(kāi)內(nèi)容詳盡和完全，并將本發(fā)明的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
本發(fā)明涉及電極組件10和包含所述電極組件10的鋰二次電池，所述電極組件10具有以其中將具有堆疊結(jié)構(gòu)的多個(gè)單元電池布置在長(zhǎng)片型隔膜40上的狀態(tài)卷繞的結(jié)構(gòu)，所述電極組件包含具有兩種以上的電極材料構(gòu)造的單元電池，其中堆疊在具有堆疊結(jié)構(gòu)的單元電池上的隔片30具有包覆在其兩側(cè)上的包覆材料且長(zhǎng)片型隔膜40具有包覆在其一側(cè)(具體地，具有布置在其上的多個(gè)單元電池的側(cè))上的包覆材料。
下文中，將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明。
本發(fā)明涉及電極組件10和包含所述電極組件10的鋰二次電池，所述電極組件10具有以其中將尺寸分別與單電池的尺寸相對(duì)應(yīng)的多個(gè)單元電極即正極和負(fù)極交替堆疊并將具有堆疊結(jié)構(gòu)的多個(gè)單元電池布置在長(zhǎng)片型隔膜40上的狀態(tài)卷繞的結(jié)構(gòu)。
通過(guò)使用兩側(cè)都被包覆的隔片30來(lái)對(duì)本發(fā)明電極組件10中的各個(gè)單元電池進(jìn)行包覆。其原因是，可以促進(jìn)將電極粘合到隔片30上并可以在保持安全性的同時(shí)將性能保持原樣。用于包覆兩側(cè)的包覆材料的厚度可以在約0.001um～約100um的范圍內(nèi)。當(dāng)包覆厚度在上述范圍內(nèi)時(shí)，可防止電池厚度的增加并可以使電池性能的下降最小化。
本發(fā)明的電極組件10具有堆疊/折疊型結(jié)構(gòu)，其中雙電池(bi-cell)和/或全電池(fullcell)(例如雙電池)在堆疊方法中由少量單元電池形成并多個(gè)布置在長(zhǎng)片型隔膜40上，隨后順序卷繞以總體形成為板型結(jié)構(gòu)。
所述雙電池是具有布置在單電池兩側(cè)上的相同電極的單元電池，例如正極/隔片/負(fù)極/隔片/正極的單元結(jié)構(gòu)和負(fù)極/隔片/正極/隔片/負(fù)極的單元結(jié)構(gòu)。為了通過(guò)使用上述雙電池形成包括二次電池的電化學(xué)單電池，必須堆疊多個(gè)雙電池，從而使得具有正極/隔片/負(fù)極/隔片/正極的結(jié)構(gòu)的雙電池和具有負(fù)極/隔片/正極/隔片/負(fù)極結(jié)構(gòu)的雙電池以其間布置有隔膜40的狀態(tài)相互面對(duì)。此外，正極端子11和負(fù)極端子12突出至各個(gè)單元電池的外部。
在本發(fā)明的電極組件10中，根據(jù)包覆在集電體上的電極材料的類(lèi)型和厚度，可確定電極材料的構(gòu)造。電極材料的具體構(gòu)造不限于電極組件10的典型構(gòu)造。
例如，在具有不同構(gòu)造的電極材料是優(yōu)選實(shí)例中的正極材料的情況中，
為了制備本發(fā)明的電極組件10，可以對(duì)由第一單元電池21和第二單元電池22形成的電極組件10進(jìn)行構(gòu)造。
通常，二次電池的容量、壽命特性以及高倍率充放電特性可取決于正極活性材料或負(fù)極活性材料的類(lèi)型和厚度。
因此，在具有不同構(gòu)造的電極材料是優(yōu)選實(shí)例中的正極材料的情況中，
第一單元電池21可包含選自鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物和鋰鎳氧化物中的一種或多種物質(zhì)，且第二單元電池22可包含選自鋰錳鈷氧化物、鋰錳鎳氧化物、鋰鎳鈷氧化物和鋰錳鎳鈷氧化物中的一種或多種物質(zhì)。
通過(guò)使用兩側(cè)都被包覆的隔片30來(lái)對(duì)本發(fā)明的電極組件10中的各個(gè)單元電池進(jìn)行包覆。其原因是，可以促進(jìn)將電極粘合到隔片30上且可以在保持安全性的同時(shí)將性能保持原樣。用于包覆兩側(cè)的包覆材料的厚度可以在約0.001～約100的范圍內(nèi)。當(dāng)包覆厚度在上述范圍內(nèi)時(shí)，可在防止電池厚度增大的同時(shí)，使電池性能的下降最小化。
用于包覆兩側(cè)的包覆材料可以是選自鈦鋯酸鉛(PZT；Pb(Zr,Ti)O^、鋯鈦酸鉛鑭(PLZT；Pb1-xLaxZr1-yTiyO3)、Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(P]MN-PT)、BaTiO3、氧化鉿(HfO2)、SrTiO3、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、MgO、CaO、ZnO和Y2O3中的一種或多種物質(zhì)。
可將雙電池用作具有堆疊結(jié)構(gòu)的單元電池。其原因是，具有更高容量的單元電池的巨大優(yōu)勢(shì)是可以在保持雙電池的電池形狀的同時(shí)使用所述雙電池，且 還可以降低在電池的制備過(guò)程期間的物理尺寸偏差。
以其中將具有堆疊結(jié)構(gòu)的多個(gè)單元電池布置在長(zhǎng)片型隔膜40上的狀態(tài)對(duì)本發(fā)明的電極組件10進(jìn)行卷繞，且此時(shí)，長(zhǎng)片型隔膜40的長(zhǎng)度不限于在單電池的卷繞期間可使用的長(zhǎng)度。
將包覆在一側(cè)上的隔膜40用作本發(fā)明的電極組件10的折疊期間的長(zhǎng)片型隔膜。使用具有包覆在其一側(cè)上的包覆材料的片型隔膜40，由此可實(shí)現(xiàn)成本的下降。此外，由于作為絕緣體的包覆材料的含量可以盡可能地下降，所以可以進(jìn)一步提高電池的電導(dǎo)率和電性能，且可以包含多個(gè)電極組件10，由此，可以使容量最大化并可以防止由電池的隔片40造成的輸出的下降。用于包覆一側(cè)的包覆材料的厚度可以在約0.001ym～約100ym的范圍內(nèi)。當(dāng)包覆厚度在上述范圍內(nèi)時(shí)，可在防止電池厚度增加的同時(shí)將電池性能保持原樣。
具體地，用于包覆一側(cè)的包覆材料可以是選自鈦鋯酸鉛(PZT)、鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)、Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(P]MN-PT)、BaTiO3、氧化鉿(HfO2)、SrTiO3、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、MgO、CaO、ZnO和Y2O3中的一種或多種物質(zhì)。
在長(zhǎng)片型隔膜40中，包覆有包覆材料的一側(cè)是具有布置在其上的多個(gè)單元電池的側(cè)。其原因是，可以促進(jìn)將電極粘合到隔片上并可在保持安全性的同時(shí)將性能保持原樣。
本發(fā)明的電極組件10可用于鋰二次電池，且當(dāng)電連接并包含兩種以上的鋰二次電池時(shí)，可將其用于電池模塊或電池組以用于中型和大型裝置的電源。具體地，中型和大型裝置的實(shí)例可以是電動(dòng)工具；包括電動(dòng)汽車(chē)、混合電動(dòng)車(chē)輛(ffiV)和插電式混合電動(dòng)車(chē)輛(PffiV)的電動(dòng)車(chē)輛(EV)；包括電動(dòng)自行車(chē)和電動(dòng)踏板車(chē)的電動(dòng)雙輪車(chē)輛；電動(dòng)高爾夫球車(chē)；電動(dòng)卡車(chē)；以及電動(dòng)商用車(chē)輛(electriccommercialvehicle)或電力存儲(chǔ)系統(tǒng)。
在本發(fā)明中，可根據(jù)本領(lǐng)域中已知的典型方法制備電極組件10和由所述電極組件10形成的鋰二次電池。
下文中，將根據(jù)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但提供如下實(shí)施例僅用于例示本發(fā)明。對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見(jiàn)的是，在不背離本發(fā)明的主旨或范圍的條件下，能夠在本發(fā)明中完成各種變體和變化。由此意圖是，本發(fā)明包 括本發(fā)明的變體和變化，只要它們?cè)诟綄贆?quán)利要求書(shū)及其等價(jià)物的范圍內(nèi)即可。
實(shí)施例1
(制備正極)
通過(guò)將鋰鈷氧化物、炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中來(lái)制備漿料并然后利用所述漿料對(duì)鋁箔的兩側(cè)進(jìn)行包覆。對(duì)經(jīng)包覆的鋁箔進(jìn)行充分干燥并然后通過(guò)對(duì)經(jīng)包覆的鋁箔進(jìn)行壓制而制備正極。
(制備負(fù)極)
通過(guò)將石墨、乙炔黑和PVDF分散在NMP中來(lái)制備漿料并然后利用所述漿料對(duì)銅箔的兩側(cè)進(jìn)行包覆。對(duì)經(jīng)包覆的銅箔進(jìn)行充分干燥并然后通過(guò)對(duì)經(jīng)包覆的銅箔進(jìn)行壓制而制備負(fù)極。
(隔片和隔膜)
在約30um的厚度下利用PZT對(duì)隔片的兩側(cè)進(jìn)行包覆以制備雙電池，其后，通過(guò)在13個(gè)雙電池的卷繞期間在約30um的厚度下使用包覆在一側(cè)上的隔膜(使用PLZT)，制備了電極組件。
實(shí)驗(yàn)例2
1)初始電阻：通過(guò)在恒定電流(50A)下對(duì)半充電電池(SOC50)進(jìn)行放電時(shí)的壓降，計(jì)算了初始電阻，并且與通過(guò)使用典型方法制備的單電池相比，電阻下降了約3％。
2)電池壽命：當(dāng)將電池壽命定義為其中在恒定高溫下存儲(chǔ)期間電阻提高30％的時(shí)間時(shí)，電池壽命與通過(guò)使用典型方法制備的單電池的壽命相當(dāng)。
如上所述，可確認(rèn)，本發(fā)明的電極組件提高了電池制備的加工性，同時(shí)降低了初始電阻并具有優(yōu)異的電池壽命。