無紡布集電體及利用其的電池的制備方法和制備系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電池技術(shù)，更詳細(xì)地涉及無紡布集電體、利用其的電池的制備方法及制備系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著過去20年之間半導(dǎo)體制備技術(shù)及通信技術(shù)飛躍發(fā)展，作為如移動通信終端及筆記本電腦之類的便攜式電子裝置的電源，廣泛地實(shí)現(xiàn)對鋰離子電池的研究和商用化。最近，為了應(yīng)對如能量枯竭和溫室效應(yīng)之類的環(huán)境問題，需要急劇增加節(jié)能技術(shù)，其結(jié)果，除了便攜式電子裝置相關(guān)產(chǎn)業(yè)之外，還活躍地進(jìn)行對可適用于電動汽車、混合動力車或電網(wǎng)的中大型電池的關(guān)心和研究。作為這種用途的電池，主要研究鎳-金屬氫(N1-MH)電池和鋰二次電池。其中，由于鋰二次電池利用自然界中已知的金屬中最輕且標(biāo)準(zhǔn)還原電位最低的鋰，因而不僅能量密度高，還可制備高電壓和高功率的電池。
[0003]在實(shí)現(xiàn)這種電池性能的過程中，開發(fā)適當(dāng)?shù)募婓w很重要。為了提高電池性能，集電體需要改善內(nèi)部電阻和不可逆性，并且，為了具有制備經(jīng)濟(jì)性，上述集電體應(yīng)可得到高的收率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，提供集電體，上述集電體不僅能量密度高，而且充放電效率、充放電速度及循環(huán)特性優(yōu)秀，并達(dá)成高的收率，從而具有制備經(jīng)濟(jì)性。
[0006]并且，本發(fā)明要解決的再一技術(shù)問題在于，提供利用具有上述優(yōu)點(diǎn)的無紡布集電體，從而具有再現(xiàn)性和可靠性的電池的制備方法。
[0007]并且，本發(fā)明要解決的另一技術(shù)問題在于，提供具有上述優(yōu)點(diǎn)的電池的制備系統(tǒng)。
[0008]解決問題的手段
[0009]用于解決上述問題的本發(fā)明一實(shí)施例的無紡布集電體包括:多個(gè)上部導(dǎo)電無紡布片及多個(gè)下部導(dǎo)電無紡布片，包括多個(gè)導(dǎo)電纖維的網(wǎng)狀物；以及張力加強(qiáng)層，具有比上述多個(gè)導(dǎo)電無紡布片大的拉伸強(qiáng)度，借助上述張力加強(qiáng)層使上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片之間相結(jié)合，上述張力加強(qiáng)層具有連通上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片的氣孔。
[0010]上述無紡布集電體的拉伸伸長率可在2%至10%范圍內(nèi)。并且，上述無紡布集電體的屈服強(qiáng)度在0.lkgf/cm至100kgf/cm范圍內(nèi)。
[0011 ] 上述多個(gè)導(dǎo)電纖維包含多個(gè)碳纖維、多個(gè)導(dǎo)電性聚合物纖維、涂敷有金屬層或?qū)щ娦跃酆衔飳拥亩鄠€(gè)聚合物纖維或多個(gè)中空金屬纖維。
[0012]在一部分實(shí)施例中，在上述多個(gè)導(dǎo)電纖維上可形成有金屬層或?qū)щ娦跃酆衔飳印２⑶?，在上述多個(gè)上部導(dǎo)電無紡布片或上述多個(gè)下部導(dǎo)電無紡布片的上述多個(gè)導(dǎo)電纖維上還可形成有導(dǎo)電材料及用于固定上述導(dǎo)電材料的粘結(jié)劑。
[0013]在一部分實(shí)施例中，上述多個(gè)上部導(dǎo)電無紡布片或上述多個(gè)下部導(dǎo)電無紡布片還可包含與上述多個(gè)導(dǎo)電纖維一同混合的、纖維化的多個(gè)線性粘結(jié)劑。上述線性粘結(jié)劑可包含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丙二醇酯(PPT)、尼龍、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、它們的共聚物或混合物。
[0014]并且，上述多個(gè)金屬絲可包含能夠與不銹鋼、鋁、鎳、鈦、銅、銀、金、鈷、錫、鉍、鉛、銻、鋅、鐵、鎘、它們的合金或可以與鋰進(jìn)行合金化/去合金化的金屬化合物。在上述無紡布集電體的、上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片的上述多個(gè)導(dǎo)電纖維上還可形成有電活性物質(zhì)的涂敷層。并且，上述多個(gè)金屬絲可包含含有相互不同的種類的金屬的兩種以上的金屬絲。
[0015]上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片可分別以粘結(jié)方式與上述張力加強(qiáng)層相結(jié)合。選擇性地，上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片可通過上述張力加強(qiáng)層的上述氣孔相互混雜(con founding)結(jié)合。
[0016]在一部分實(shí)施例中，上述張力加強(qiáng)層的上述氣孔的平均大小能夠大于等于上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片的上述網(wǎng)狀物內(nèi)的氣孔的平均大小。
[0017]上述張力加強(qiáng)層可包括無紡布結(jié)構(gòu)、織造結(jié)構(gòu)、網(wǎng)結(jié)構(gòu)、向規(guī)定方向展開的纖維結(jié)構(gòu)或它們的組合。上述張力加強(qiáng)層可與上述無紡布集電體的主面平行，并選擇性地增加規(guī)定方向的拉伸強(qiáng)度。在一部分實(shí)施例中，增加的上述拉伸強(qiáng)度的方向可以為與用于連續(xù)執(zhí)行電池制備工序的輥工序的輥的旋轉(zhuǎn)軸或凝膠卷電極形成工序中的輥的中心軸垂直的方向。
[0018]上述張力加強(qiáng)層可包含高分子原材料、金屬或它們的組合。上述高分子原材料可以為衍生物，上述衍生物包含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚對苯二甲酸丙二醇酯(PPT)、聚丙烯腈(PAN)、尼龍、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚偏氟乙烯(PVDF)或它們的共聚物。上述金屬可包含銅、鋁、不銹鋼、鎳或它們的合金。
[0019]在一部分實(shí)施例中，在上述無紡布集電體的至少一表面上還形成有部分閉塞上述多個(gè)導(dǎo)電纖維的網(wǎng)狀物之間的氣孔的導(dǎo)電圖案。上述導(dǎo)電圖案可包括多個(gè)線條圖案，上述多個(gè)線條圖案以能夠使上述無紡布集電體的上述表面上的氣孔露出的方式以規(guī)定間隔隔開。并且，在上述線條圖案上可形成有電池標(biāo)簽或引線。
[0020]在用于解決上述再一問題的本發(fā)明一實(shí)施例的電池的制備方法中，準(zhǔn)備包括多個(gè)導(dǎo)電纖維的網(wǎng)狀物的上部導(dǎo)電無紡布片和包括多個(gè)導(dǎo)電纖維的網(wǎng)狀物的下部導(dǎo)電無紡布片。之后，在上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片之間形成具有比上述多個(gè)導(dǎo)電無紡布片大的拉伸強(qiáng)度的、具有氣孔的張力加強(qiáng)層后，借助上述張力加強(qiáng)層，來結(jié)合上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片，從而形成無紡布集電體。之后，可在上述無紡布集電體內(nèi)填充活性物質(zhì)。
[0021]上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片的結(jié)合可以以熔融粘結(jié)或混雜方式執(zhí)行。上述混雜可通過針刺法、水刺法或針腳式接合法來執(zhí)行。
[0022]上述無紡布集電體的拉伸伸長率可在0.1 %至10%范圍內(nèi)。并且，上述無紡布集電體的屈服強(qiáng)度可在0.lkgf/cm至100kgf/cm范圍內(nèi)。
[0023]用于解決上述另一問題的本發(fā)明一實(shí)施例的電池的制備系統(tǒng)包括:第一供給裝置，用于連續(xù)供給上部導(dǎo)電無紡布片；第二供給裝置，用于連續(xù)供給下部導(dǎo)電無紡布片；第三供給裝置，用于連續(xù)向上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片之間供給張力加強(qiáng)層；以及結(jié)合裝置，用于借助連續(xù)供給的上述張力加強(qiáng)層，來結(jié)合上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片，從而形成無紡布集電體。
[0024]在一部分實(shí)施例中，為了熔融粘結(jié)上述上部導(dǎo)電無紡布片、上述下部導(dǎo)電無紡布片及上述張力加強(qiáng)層，上述結(jié)合裝置可包括能量施加裝置，上述能量施加裝置用于對上述無紡布集電體施加熱、紅外線、紫外線、電子束或超聲波。并且，上述結(jié)合裝置可包括用于使上述上部導(dǎo)電無紡布片和上述下部導(dǎo)電無紡布片相互混雜的針刺裝置、水刺裝置或針腳式接合裝置。
[0025]發(fā)明的效果
[0026]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，使用具有多個(gè)導(dǎo)電纖維的網(wǎng)狀物的導(dǎo)電無紡布片，從而基于優(yōu)秀的電特性和纖維的柔韌性和組織性，通過集電體和電活性物質(zhì)之間的內(nèi)部電阻減少和界面增加效果，不僅可提高電池的能量密度，還可得到充放電速度、充放電效率及循環(huán)特性得到改善的電池。并且，在上述導(dǎo)電無紡布片內(nèi)形成有張力加強(qiáng)層，從而提高機(jī)械拉伸強(qiáng)度，以防止當(dāng)進(jìn)行利用退繞裝置的連續(xù)工序或封裝如凝膠卷之類的電池時(shí)有可能發(fā)生的由無紡布集電體的變形引起的內(nèi)部電阻的增加，并改善由降伏引起的不良來提高收率。
[0027]并且，根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施例，提供利用具有上述優(yōu)點(diǎn)的無紡布集電體的電池的制備方法。
[0028]并且，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，可提供利用具有上述優(yōu)點(diǎn)的無紡布集電體的電池的制備系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0029]圖la為圖示本發(fā)明一實(shí)施例的無紡布集電體的立體圖，圖lb為本發(fā)明再一實(shí)施例的無紡布集電體的部分圖，圖lc為沿著圖la的IC-1C’截取的無紡布集電體的剖視圖。
[0030]圖2a至圖2d為分別圖示本發(fā)明各種實(shí)施例的多個(gè)張力加強(qiáng)層的多個(gè)立體圖。
[0031]圖3為圖示本發(fā)明一實(shí)施例的電池的制備方法的流程圖。
[0032]圖4圖示本發(fā)明一實(shí)施例的電池的制備系統(tǒng)。
[0033]圖5為本發(fā)明一實(shí)施例的拉伸伸長率的測定裝置。
[0034]圖6a及圖6b為圖示利用本發(fā)明另一實(shí)施例的無紡布集電體的電極的制備方法的多個(gè)立體圖。
[0035]圖7為圖示利用本發(fā)明一實(shí)施例的無紡布集電體的電池的分解圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下，參照附圖對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0037]本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例用于使本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更加完整地理解本發(fā)明，以下實(shí)施例能夠以多種不同的方式變形，本發(fā)明的范圍不局限于以下實(shí)施例。反而，這些實(shí)施例使本公開內(nèi)容更充實(shí)、完整，用于向本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員傳達(dá)更完整的本發(fā)明思想。
[0038]并且，在以下的附圖中，各層的厚度或大小為了說明的便利及明確性而有所擴(kuò)張，在附圖中相同的附圖標(biāo)記指相同的要素。如在本說明書中使用，術(shù)語“和/或”包含所例舉的項(xiàng)目中的一個(gè)及一個(gè)以上的所有組合。
[0039]在本說明書中所使用的術(shù)語用于說明特定實(shí)施例，并不限制本發(fā)明。如在本說明書中所使用，單數(shù)形態(tài)只要不明確指出上下文上不同的情況，就可包括多個(gè)形態(tài)。并且，在用于本說明書的情況下，“包含(comprise) ”和/或“包含的(comprising) ”特定提及的多個(gè)形狀、數(shù)字、步驟、動作、部件、因素和/或它們組的存在，并不排除一個(gè)以上的其他形狀、數(shù)字、動作、部件、因素和/或多個(gè)組的存在或附加。
[0040]在本說明書中，“第一”、“第二”等術(shù)語用于說明各種部件、配件、區(qū)域、多個(gè)層和/或多個(gè)部分，但這些部件、配件、區(qū)域、多個(gè)層和/或多個(gè)部分不局限于這些術(shù)語，這是顯而易見的。這些術(shù)語只用于區(qū)別一個(gè)部件、配件、區(qū)域、層或部分與其他區(qū)域、層或部分。因此，以下說明的第一部件、配件、區(qū)域、層或部分在不超過本發(fā)明的教導(dǎo)的情況下，也可指第二部件、配件、區(qū)域、層或部分。
[0041]圖la為圖示本發(fā)明一實(shí)施例的無紡布集電體100的立體圖，圖lb為本發(fā)明再一實(shí)施例的無紡布集電體100的部分圖，圖lc為沿著圖la的IC-1C’截取的無紡布集電體100的剖視圖。
[0042]參照圖la，無紡布集電體100包括上部導(dǎo)電無紡布片10A和下部導(dǎo)電無紡布片ΙΟΒο如部分放大圖Μ所示，上部