具有孔的電池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電池，所述電池經(jīng)配置具有一結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)中堆疊結(jié)構(gòu)被安裝在電池的接收部，所述堆疊結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極和插入在正極和負(fù)極之間的分隔物，從電池盒到電極組件的正極或負(fù)極形成有一個(gè)或多個(gè)孔，并且在電池盒對應(yīng)于孔的部位形成有透明窗。
【專利說明】
具有孔的電池
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及具有孔的電池。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著因化石燃料的消耗和對環(huán)境污染關(guān)注的逐步升級導(dǎo)致的能源價(jià)格的增加，對環(huán)境友好型可替代能源的需求勢必會(huì)在未來發(fā)揮越來越大的作用。因此，對于諸如核能、太陽能、風(fēng)能和潮汐能等產(chǎn)生各種電力的技術(shù)的研究已在進(jìn)行中，并且用于更有效地使用所產(chǎn)生的能量的電力存儲(chǔ)設(shè)備也引起了大量關(guān)注。
[0003]特別地，由于移動(dòng)裝置技術(shù)持續(xù)發(fā)展以及對于移動(dòng)裝置的需求持續(xù)增加，對于電池作為能源的需求正在迅速地提升。因此，已經(jīng)實(shí)施了許多對于滿足各種需求的電池的研究。
[0004]就電池形狀而言，對于足夠薄至應(yīng)用于諸如移動(dòng)電話的產(chǎn)品的棱柱形二次電池或袋形二次電池的需求非常高。另一方面，就電池材料而言，對于顯示出高能量密度、放電電壓和輸出穩(wěn)定性的諸如鋰離子電池、鋰離子聚合物電池等的鋰二次電池的需求非常高。
[0005]此外，二次電池可基于電極組件的結(jié)構(gòu)分類，所述電極組件具有正極、負(fù)極及插入到正極與負(fù)極之間的分隔物堆疊的結(jié)構(gòu)。例如，電極組件可經(jīng)配置具有凝膠卷(卷繞)型結(jié)構(gòu)，其中，長片型正極和長片型負(fù)極被卷繞，使分隔物設(shè)置在正極和負(fù)極之間，或者具有堆疊型結(jié)構(gòu)，其中各自具有預(yù)訂尺寸的多個(gè)正極和負(fù)極依次堆疊，使分隔物分別設(shè)置在正極和負(fù)極之間。近些年，為了解決由凝膠卷型電極組件和堆疊型電極組件造成的問題，已經(jīng)開發(fā)了一種堆疊/折疊型電極組件，所述堆疊/折疊型電極組件是凝膠卷型電極組件和堆疊型電極組件的組合，具有改善的結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)中預(yù)定數(shù)量的正極和負(fù)極依次堆疊，使分隔物分別設(shè)置在正極和負(fù)極之間以構(gòu)成一個(gè)單元電池，然后多個(gè)單元電池依次折疊并同時(shí)被放置在分隔膜上。
[0006]此外，基于每個(gè)二次電池的電池盒的形狀，二次電池可分類為:圓柱形電池，其經(jīng)配置具有在圓柱形金屬容器中安裝電極組件的結(jié)構(gòu);棱柱形電池，其經(jīng)配置具有在棱柱形金屬容器中安裝電極組件的結(jié)構(gòu)；以及袋型電池，其經(jīng)配置具有在鋁層壓板制成的袋型盒子中安裝電極組件的結(jié)構(gòu)。
[0007]特別地，近些年，袋型電池由于制造成本低、重量輕和形狀便于修改等而得到了許多關(guān)注，所述袋型電池經(jīng)配置具有在鋁層壓板制成的袋型盒子中安裝此種堆疊或堆疊/折疊型電極組件的結(jié)構(gòu)。除此之外，此種袋型電池的使用逐步增加。
[0008]在以上的二次電池中，在電池操作期間，構(gòu)成電極組件的電池會(huì)發(fā)生各種現(xiàn)象和改變，并且發(fā)生在電極中的現(xiàn)象和改變的實(shí)時(shí)觀察結(jié)果可被用于電池的基礎(chǔ)研究和診斷以及用于電池性能的改善。然而，電極組件安裝在密封的不透明電池盒中，并且構(gòu)成電極組件的電極被其他電極及分隔物形成堆疊結(jié)構(gòu)。由于這些原因，在電池操作期間很難觀察到發(fā)生在電極中的各種現(xiàn)象和改變。
[0009]此外，已經(jīng)開發(fā)了一些額外的、用于觀察構(gòu)成電極組件的電極的實(shí)驗(yàn)的電池。然而，用于實(shí)驗(yàn)的電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)果是很難采用常規(guī)的二次電池制造工藝實(shí)現(xiàn)用于實(shí)驗(yàn)的電池。除此之外，用于實(shí)驗(yàn)的電池的一些部件不同于常規(guī)二次電池的部件。具體地，使用具有硬幣電池尺寸的電極，結(jié)果是很難實(shí)現(xiàn)與常規(guī)二次電池相同的性能。由于這個(gè)原因，不能以高可靠性將觀察到的電極結(jié)果應(yīng)用于常規(guī)二次電池。
[0010]因此，能夠從根本上解決上述問題的技術(shù)是非常有必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]技術(shù)問題
[0012]本發(fā)明是為了解決上述問題以及尚未被解決的其它技術(shù)問題。
[0013]作為解決上述問題的各種廣泛而深入的研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在從電池盒到電極組件的正極或負(fù)極形成有孔，并且在電池盒中對應(yīng)所述孔的部位形成有透明窗的情況下(如下文描述的)，能夠在電池操作期間透過所述孔和窗實(shí)時(shí)觀察電池中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變，并且可以將觀察到的結(jié)果用于電池的基礎(chǔ)研究和診斷以及用于電池的性能改善，且在于常規(guī)電極組件和常規(guī)電池盒中形成孔和窗的情況下，能夠在電池操作期間透過所述孔和窗輕易地觀察電池中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變，由此無需用于實(shí)驗(yàn)的額外電池的復(fù)雜設(shè)計(jì)和制造，就可以在與常規(guī)電池相同的性能的狀態(tài)下，觀察電極的各種現(xiàn)象和改變，由此改善了結(jié)果的可靠性?；谶@些發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
[0014]技術(shù)方案
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可以通過提供一種電池解決上述和其它問題，所述電池經(jīng)配置具有一結(jié)構(gòu)，其中
[0016]堆疊結(jié)構(gòu)的電極組件被安裝在電池盒的接收部，所述堆疊結(jié)構(gòu)的電極組件包括正極、負(fù)極以及插入在正極和負(fù)極之間的分隔物；
[0017]從電池盒到電極組件的正極或負(fù)極形成有一個(gè)或多個(gè)孔；
[0018]在電池盒中對應(yīng)所述孔的部位形成有透明窗。
[0019]換言之，根據(jù)本發(fā)明的電池經(jīng)配置使得在電極組件和電池盒上形成透明窗以及一個(gè)或多個(gè)孔，以便孔在垂直面與窗連通。因此，能夠在電池操作期間透過所述孔和窗實(shí)時(shí)觀察電池中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變，并且可將觀察到的結(jié)果用于電池的基礎(chǔ)研究和診斷以及用于電池的性能改善。
[0020]此外，在孔和窗形成在常規(guī)電極組件和常規(guī)電池盒的情況下，能夠在電池操作期間透過所述孔和窗輕易觀察電池中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變。因此，能夠在與常規(guī)電池相同性能的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)觀察電極的各種現(xiàn)象和改變而無需用于實(shí)驗(yàn)的額外電池的復(fù)雜的設(shè)計(jì)和制造，由此改善了結(jié)果的可靠性。
[0021]在具體實(shí)例中，電池盒可以為由包括樹脂層和金屬層的層壓板制造的袋型盒。然而，本發(fā)明并不僅限于此。電池盒可以為圓柱形容器或棱柱形容器。進(jìn)一步，電池盒可包括安裝在容器開口上端的帽。
[0022]此外，電極組件的結(jié)構(gòu)沒有特別限制，只要從電池盒到電極組件的正極或負(fù)極形成有一個(gè)或多個(gè)孔而并不會(huì)降低電池的性能即可。具體地，電極組件可為:凝膠卷型電極組件，所述凝膠卷型電極組件經(jīng)配置具有一結(jié)構(gòu)，其中正極板和負(fù)極板卷繞形成，使分離板插入在正極板和負(fù)極板之間；堆疊型電極組件，其經(jīng)配置具有一結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)或多個(gè)正極板和一個(gè)或多個(gè)負(fù)極板堆疊形成，使一個(gè)或多個(gè)分隔物分別設(shè)置在正極板或負(fù)極板之間；或者堆疊/折疊型電極組件，其經(jīng)配置具有堆疊型單元電池被折疊同時(shí)被放置在分隔板上的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)堆疊型單元電池具有正極板和負(fù)極板。
[0023]同時(shí)，電極組件可經(jīng)配置具有一結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)在垂直面觀察時(shí)，電極A(正極或負(fù)極)和電極B(具有與電極A極性相反的極性的電極)交替地堆疊，使分隔物插入在電極A和電極B之間以構(gòu)成至少一對電極，并且堆疊結(jié)構(gòu)中的最外部的電極可為電極A和電極B或復(fù)數(shù)個(gè)電極A。
[0024]換言之，電極組件可經(jīng)配置具有一結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)在垂直面觀察時(shí)，正極和負(fù)極交替堆疊以構(gòu)成至少一對電極，并且堆疊結(jié)構(gòu)中最外部的電極可具有相同極性或不同極性。
[0025]在具體的實(shí)例中，假設(shè)，從電池盒中坐落有窗的一側(cè)開始，電極組件的第一電極為電極六工，電極組件的第二電極為電極B2，電極組件的第(k-Ι)電極為電極A(k-1)，并且電極組件的第k電極為電極Bk(其中k為大于或等于4的自然數(shù))，從第一電極到第(k-Ι)電極形成有孔以便觀察第k電極。
[0026]更具體地，假設(shè)，從電池盒中坐落有窗的一側(cè)開始，電極組件的第一電極為電極Ai，具有與第一電極極性相反的極性的第二電極為電極B2，電極組件的第(k-Ι)電極為電極Α(1?-υ，并且電極組件的第k電極為電極Bk。
[0027]在這種情況下，從電極組件的第一電極到第(k-Ι)電極形成有孔以便觀察第k電極，并且在電池盒中對應(yīng)所述孔的部位形成有窗。因此，在電池操作期間透過窗輕易觀察發(fā)生在第k電極中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變成為可能。
[0028]在另一個(gè)具體實(shí)例中，假設(shè)，從電池盒中坐落有窗的一側(cè)開始，電極組件的第一電極為電極Ai，電極組件的第二電極為電極B2，電極組件的第(k-Ι)電極為電極A(k-1)，并且電極組件的第k電極為電極Bk(其中k為大于或等于4的自然數(shù))，從第一電極到第(k-2)電極形成有孔以便觀察第(k-Ι)電極。
[0029]更具體地，假設(shè)，從電池盒中坐落有窗的一側(cè)開始，電極組件的第一電極為電極Ai，具有與第一電極極性相反的極性的第二電極為電極B2，電極組件的第(k-Ι)電極為電極Α(1?-υ，并且電極組件的第k電極為電極Bk。
[0030]在這種情況下，從電極組件的第一電極到第(k-2)電極形成有孔以便觀察第(k-1)電極，并且在電池盒中對應(yīng)所述孔的部位形成有窗。因此，在電池操作期間透過窗輕易觀察發(fā)生在第(k-Ι)電極中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變成為可能。
[0031]同時(shí)，可在電極組件和電池盒中形成有兩個(gè)或更多個(gè)孔和窗。具體地，兩個(gè)或更多個(gè)孔和窗形成在不同的部位?？尚纬蓛蓚€(gè)或更多個(gè)孔和窗以便從電池盒的一側(cè)、電池盒的相對側(cè)或者電池盒的兩相對側(cè)觀察，借此在電池操作期間透過孔和窗觀察不同電極中發(fā)生的現(xiàn)象和改變成為可能。
[0032]當(dāng)平面觀察時(shí)，每個(gè)孔可具有相當(dāng)于電池的一個(gè)表面的整個(gè)面積的I到15%，具體地3到5%的面積。
[0033]如果每個(gè)孔的面積小于電池的一個(gè)表面的整個(gè)面積的1%，那么由于空間不足，很難在電池操作期間觀察到電池中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變。另一方面，如果每個(gè)孔的面積大于電池的一個(gè)表面的整個(gè)面積的15%，那么電池的性能可能低于常規(guī)電池的性能，結(jié)果是所觀察結(jié)果的可靠性可能會(huì)降低。
[0034]此外，可在分隔物和電極組件的復(fù)數(shù)個(gè)電極之一中形成孔。在分隔物中形成的孔可具有的面積小于在復(fù)數(shù)個(gè)電極之一中形成的孔的面積。
[0035]在這種情況下，在分隔物中形成的孔的面積可為在復(fù)數(shù)個(gè)電極之一中形成的孔的面積的60到90%，具體地，70到80%。
[0036]如果在分隔物中形成的孔的面積小于多個(gè)電極之一中形成的孔的面積的60%，那么如上所述由于空間不足，很難在電池操作期間觀察到電池中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變，如果超過90%，那么中間隔著分隔物、互相面對面的正極和負(fù)極彼此直接接觸，造成電池可能發(fā)生短路。
[0037]同時(shí)，電池盒可在其對應(yīng)于電極組件的孔的部位提供透明窗。更具體地，電池盒可在其對應(yīng)于電極組件的孔的部位提供開口，并且透明元件可附著到開口以構(gòu)成窗。
[0038]因此，透過通過附著透明元件形成的窗和對應(yīng)于窗的孔，輕易觀察電極成為可能。
[0039]在這種情況下，透明元件可采用粘合劑或膠帶附著至電池盒的開口以便確保電池盒開口的密封性。然而本發(fā)明并不僅限于此。附著方法并不被特定限制，只要能夠確保電池盒的開口的密封性同時(shí)不改變電池性能即可。
[0040]在具體的實(shí)例中，粘合劑可為選自由環(huán)氧粘合劑、陶瓷粘合劑和亞克力粘合劑組成的組中的至少一種。在另一個(gè)具體實(shí)例中，膠帶可為選自由聚酰亞胺膠帶、聚酯膠帶和聚乙烯膠帶組成的組中的至少一種。
[0041 ]粘合劑和膠帶的種類并不被特定限制，只要能夠通過透明元件穩(wěn)定附著至電池盒開口來確保電池盒的開口的密封性同時(shí)不改變電池性能即可。
[0042]此外，透明元件可為能夠使觀察電極很容易的光學(xué)透明膜。例如，透明元件可為聚合物膜。具體地，透明膜可為選自由聚丙烯膜和基于環(huán)烯的膜組成的組中的至少一種。具體地，透明元件可為展示高耐化學(xué)性和耐濕性的基于環(huán)烯的膜。
[0043]此外，透明元件的厚度可為電池盒厚度的20到150%，具體地為50到100%。更具體地，考慮到一般的袋型電池盒的厚度為100到150μπι的事實(shí)，透明元件的厚度可為20到ΙΟΟμmD
[0044]如果透明元件的厚度小于電池盒厚度的50%，則當(dāng)在電池盒的開口中形成窗時(shí)，不能夠提供理想的密封力。另一方面，如果透明元件的厚度大于電池盒厚度的150%，那么很難清楚地觀察電極。
[0045]同時(shí)，除了透明元件，可進(jìn)一步將具有一小厚度的薄玻璃板附著到電池的窗，進(jìn)而提高防止水分滲透的效果。
[0046]在具體的實(shí)例中，可采用拉曼光譜法(Raman Spectroscopy)、X射線衍射(X-RayDiffract1ng；XRD)、原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope;AFM)以及掃描隧道顯微鏡(Scanning Tunneling Microscope;STM)觀察根據(jù)本發(fā)明的電池的電極。在采用拉曼光譜法觀察電極的情況下，聚丙烯膜的峰和石墨的峰可能重疊。因此，為了更精確地觀察電極，可采用基于環(huán)烯的膜作為構(gòu)成電池盒的窗的透明元件。
[0047]此外，在采用原子力顯微鏡或掃描隧道顯微鏡觀察電極的情況下，對電極實(shí)施接觸式觀察。為此原因，構(gòu)成窗的透明元件沒有附著到電池盒的開口。因此，可在諸如手套箱(glove box)或干燥室(dry room)等的水分可控的環(huán)境中觀察電極以便防止或最小化緣于外部環(huán)境的電極改變。
[0048]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的電池的種類沒有特定限制。在具體的實(shí)例中，電池可為展現(xiàn)高能量密度、放電電壓和輸出穩(wěn)定性的鋰二次電池，例如鋰離子電池或鋰離子聚合物電池。
[0049]—般地，鋰二次電池包括正極、負(fù)極、分隔物以及包含鋰鹽的非水電解液。
[0050]正極可例如通過將正極活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑的混合物施用于正極集流器并干燥所述混合物來制造?？筛鶕?jù)需要進(jìn)一步向該混合物中添加填料(f i 11 er)。
[0051]正極活性材料可為，但不限于，層狀化合物(諸如鋰鈷氧化物(LiCoO2)或鋰鎳氧化物(LiNi02))或由一種或多種過渡金屬所取代的化合物；以化學(xué)式Lii+xMn2-x04(其中x = 0到0.33)表示的鋰錳氧化物或者諸如LiMnO3、LiMn203或LiMnO2的鋰錳氧化物；鋰銅氧化物(Li2CuO2);諸如的LiV308、LiFe304、V205或Cu2V2O7的釩氧化物；以化學(xué)式LiNii—xMxOK其中M =Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且X = 0.01到0.3)表示的鎳位點(diǎn)鋰鎳氧化物(N1-si tedlithium nickel oxide)；以化學(xué)式LiMm-xMx02(其中M=Co、N1、Fe、Cr、Zn或Ta，且χ = 0.01 到
0.1)或化學(xué)式1^#11週08(其中1=?6、(:0、附、(:11或211)表示的鋰錳復(fù)合氧化物;化學(xué)式的1^部分被堿金屬離子取代的LiMmCk; 二硫化合物;或Fe2(Mo04)3。
[0052]加入導(dǎo)電劑通常使得導(dǎo)電劑基于包含正極活性材料的化合物的總重量具有1-30wt%。導(dǎo)電劑沒有特定限制，只要導(dǎo)電劑展現(xiàn)高導(dǎo)電性同時(shí)導(dǎo)電劑在該導(dǎo)電劑所應(yīng)用的電池中不引起任何化學(xué)改變即可。例如，石墨(諸如天然石墨或人工石墨)、炭黑(諸如炭黑、乙炔黑、Ketjen黑、槽黑、爐黑、燈黑或夏黑)；導(dǎo)電纖維(諸如碳化纖維或金屬纖維)；金屬粉末(諸如氟化碳粉末、鋁粉或鎳粉)；導(dǎo)電須晶(諸如氧化鋅或鈦酸鉀);導(dǎo)電金屬氧化物(諸如二氧化鈦)；或者導(dǎo)電材料(諸如聚亞苯基衍生物)可被用作導(dǎo)電劑。
[0053]粘合劑為有助于活性材料與導(dǎo)電劑間結(jié)合以及與集流器結(jié)合的組分。粘合劑通常以基于包含正極活性材料的化合物的總重量的1_30?丨％的量添加。作為粘合劑的例子，可采用聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羥甲基化纖維素(CMC)、淀粉、羥丙纖維素、再生纖維素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化ETOM、苯乙烯-丁二烯橡膠、氟化橡膠以及各種共聚物。
[0054]填料為可選的組分，用于抑制正極的膨脹。對填料沒有特定限制，只要該填料在其所應(yīng)用的電池中不引起化學(xué)改變并由纖維材料制成即可。作為填料的例子，可采用烯烴聚合物(諸如聚乙烯和聚丙烯)；和纖維材料(諸如玻璃纖維和碳纖維)。
[0055]陰極可通過將陰極活性材料施加至陰極集流器并干燥來制造。上面描述的組分可根據(jù)需要選擇性地添加到陰極活性材料。
[0056]作為陰極活性材料，例如，可采用碳(諸如非石墨化碳或基于石墨的碳)；金屬復(fù)合氧化物(諸如LixFe203(0彡X彡l)，LixW02(0彡X彡l)，SnxMei—xMe’yOz(Me:Mn、Fe、Pb、Ge;Me’:八1、8、？、51、元素周期表第1、2和3族元素、鹵素;0^^彡1;1彡7彡3;1彡2彡8));金屬鋰;鋰合金;基于硅的合金;基于錫的合金;金屬氧化物(諸如Sn0、Sn02、Pb0、Pb02、Pb203、Pb304、Sb203、Sb204、Sb205、Ge0、Ge02、Bi203、Bi204或 Bi2O5);導(dǎo)電聚合物(諸如聚乙炔)；或基于 L1-Co-Ni 的材料。
[0057]分隔物和分隔膜插入在正極和負(fù)極之間。作為分隔物和分隔膜，例如，可采用展現(xiàn)高離子滲透性和高機(jī)械強(qiáng)度的絕緣薄膜。分隔物一般具有0.01-10μπι孔徑和5-300μπι厚度。作為用于分隔物的材料，例如，采用展現(xiàn)出耐化學(xué)性和疏水性的烯烴聚合物(諸如聚丙烯)、玻璃纖維或者聚乙烯制造的片材或非織造織物。在使用固體電解質(zhì)(諸如聚合物)作為電解質(zhì)的情況下，固體電解質(zhì)也可兼作分隔物。
[0058]此外，在具體實(shí)例中，分隔物和/或分隔膜可為用于提高具有高能量密度的電池的安全性的有機(jī)/無機(jī)復(fù)合多孔加固安全分隔物(SRS，Safety_Reinforcing Separators)。
[0059]SRS分隔物可通過將無機(jī)顆粒和粘合劑聚合物作為活性層組分施加到聚烯烴分隔物基座來制造。除了包括在分隔物基座中的多孔結(jié)構(gòu)，由于無機(jī)顆粒間的空隙容量(interstitial volume)，也可形成均勾多孔結(jié)構(gòu)作為活性層組分。
[0060]在采用有機(jī)/無機(jī)復(fù)合多孔分隔物的情況下，由于相較于采用普通分隔物的情況在形成時(shí)會(huì)膨脹，因此有可能會(huì)限制電在池厚度的增加。除此之外，在采用滲透液體電解質(zhì)溶液時(shí)能夠膠化的聚合物作為粘合劑的情況下，所述聚合物還可被用作電解質(zhì)。
[0061]此外，有機(jī)/無機(jī)復(fù)合多孔分隔物可通過調(diào)整在分隔物中作為活性層組分的無機(jī)顆粒和粘合劑聚合物的含量來展現(xiàn)優(yōu)異的粘合劑特性。因此，可輕易實(shí)施電池組件工藝。
[0062]無機(jī)顆粒沒有特定限制，只要無機(jī)顆粒電化學(xué)穩(wěn)定即可。也就是說，可用在本發(fā)明中的無機(jī)顆粒沒有特定限制，只要無機(jī)顆粒在該無機(jī)顆粒所應(yīng)用的電池的工作電壓范圍內(nèi)(例如基于Li/Li+的0-5V)不被氧化和/或還原即可。特別是，在采用具有離子導(dǎo)電性的無機(jī)顆粒的情況下，有可能改善電化學(xué)元件中的離子導(dǎo)電性，進(jìn)而改善電池的性能。因此，優(yōu)選無機(jī)顆粒的離子導(dǎo)電性盡可能高。此外，在無機(jī)顆粒具有高密度的情況下，很難在涂覆時(shí)分散無機(jī)顆粒，并且電池的重量可能會(huì)增加。由于這些原因，優(yōu)選無機(jī)顆粒的密度盡可能低。此外，在無機(jī)顆粒具有高介電常數(shù)的情況下，電解質(zhì)鹽(諸如鋰鹽)在液體電解質(zhì)中的解離度可能會(huì)增加，進(jìn)而改善電解質(zhì)溶液的離子導(dǎo)電性。
[0063]包含鋰鹽的非水電解質(zhì)溶液由極性有機(jī)電解質(zhì)溶液和鋰鹽組成。作為電解質(zhì)溶液，可采用非水液體電解質(zhì)、有機(jī)固體電解質(zhì)或無機(jī)固體電解質(zhì)。
[0064]作為非水液體電解質(zhì)溶液的實(shí)例，提及的可由非質(zhì)子性有機(jī)溶劑制成，諸如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁酸內(nèi)酯、1，2_ 二甲氧基乙烷、四羥基Franc、2-甲基四氫呋喃、二甲基亞砜、1，3_ 二氧戊環(huán)、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊環(huán)、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊環(huán)衍生物、環(huán)丁砜、甲基環(huán)丁砜、I，3-二甲基-2-咪唑啉酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氫呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯以及丙酸乙酯。
[0065]作為有機(jī)固體電解質(zhì)的實(shí)例，提及的可由下述物質(zhì)制成:聚乙烯衍生物、聚氧乙烯衍生物、聚氧丙稀衍生物、磷酸酯聚合物、聚攪拌賴氨酸(agitat1n lysine)、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯以及含有離子解離基團(tuán)的聚合物。
[0066]作為無機(jī)固體電解質(zhì)的實(shí)例，提及的可由下述物質(zhì)制成:氮化物、鹵化物，以及鋰(1^)的硫酸鹽，諸如1^311^1、1^5犯2、1^3^1^1-1^0!1、1^5104、1^5104-1^1-1^0!1、1^23153、Li4Si04、Li4Si04-Li1-Li0H 和 Li3POrLi2S-SiS2o
[0067]鋰鹽為易溶解在上述非水電解質(zhì)中的材料，并且可包括，例如，LiCKLiBr、Li1、LiC104、LiBF4、LiB1Cl1、LiPF6、LiCF3S03、LiCF3C02、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3S03L1、CF3S03L1、(CF3SO2)2NU氯硼烷鋰、低脂肪羧酸鋰、四苯基硼酸鋰和酰亞胺。
[0068]此外，為了改善充電和放電特性以及阻燃性，可向非水電解質(zhì)溶液添加例如吡啶、亞磷酸三乙酯、三乙醇胺、環(huán)醚、乙二胺、η-乙二醇二甲醚(glyme)、六磷酰三胺、硝基苯衍生物、硫磺、醌亞胺染料、N取代惡唑烷酮、N，N-取代咪唑烷、乙二醇二烷基醚、銨鹽、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化鋁等。根據(jù)情況，為了賦予不燃性，非水電解質(zhì)溶液可進(jìn)一步包括含有鹵素的溶劑，諸如四氯化碳和三氟化乙烯。而且，為了改善高溫保存特性，非水電解質(zhì)溶液可進(jìn)一步包括二氧化碳?xì)怏w。
【附圖說明】
[0069]將結(jié)合附圖從以下的詳細(xì)描述更加清楚的理解上述和其它問題、特征以及本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)，其中:
[0070]圖1為示出制造構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電池的電極組件的方法的典型示意圖；
[0071]圖2為示出采用圖1的方法制造的電極組件結(jié)構(gòu)的平面示意圖；以及
[0072]圖3-6為示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的電池的堆疊結(jié)構(gòu)的典型示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0073]現(xiàn)在，將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。然而，值得注意的是，本發(fā)明的范圍并不被所示出的實(shí)施方式限制。
[0074]圖1為示出制造構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的電池的電極組件的方法的典型示意圖。
[0075]參照圖1，電極組件100配置為具有堆疊結(jié)構(gòu)，所述堆疊結(jié)構(gòu)包括正極110、負(fù)極130以及插入在正極110和負(fù)極130之間的分隔物120。
[0076]在正極110上形成有孔111，并在分隔物120上形成有孔121。孔111和孔121形成在正極110和分隔物120的相對應(yīng)部位以便于彼此連通(140)。
[0077]因此，在電池操作期間，能夠透過形成在正極110和分隔物120中的孔111和孔121，觀察發(fā)生在負(fù)極130中的各種現(xiàn)象和改變。
[0078]圖2示出采用圖1的方法制造的電極組件結(jié)構(gòu)的平面示意圖。
[0079]參照圖2，電極組件100包括主體160，主體160配置為具有一結(jié)構(gòu)和從主體160的一側(cè)突出的正極端子151和負(fù)極端子152，在所述結(jié)構(gòu)中正極110和負(fù)極130堆疊，使分隔物120插入在正極110和負(fù)極130之間。
[0080]在主體160形成有孔111和孔121，所述孔分別在正極110和分隔物120的相對應(yīng)部位彼此連通。因此，能夠透過孔111和孔121觀察電極組件100中的負(fù)極130。
[0081]在分隔物120中形成的孔121的面積小于在正極110中形成的孔111的面積。具體地，在分隔物120中形成的孔121的面積為在正極110中形成的孔111的面積的60到90%，由此防止正極110和負(fù)極130間的直接接觸，并因此防止短路的發(fā)生。
[0082]圖3-6為示出根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方式的電池的堆疊結(jié)構(gòu)的典型示意圖。
[0083]首先參照圖3，電池300的電極組件340配置為具有一結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)中兩個(gè)正極311和312以及兩個(gè)負(fù)極331和332堆疊，使分隔物321、322和323插入在正極311和312與負(fù)極331和332之間。電極組件的最外部電極311和332(即正極311和負(fù)極322)分別面向電池盒351和352。
[0084]從一側(cè)電池盒351到電極組件340的作為第四電極的負(fù)極332之前的分隔物形成有孔370。并且在電池盒351對應(yīng)于孔370的部位形成透明窗360。
[0085]正如由參考數(shù)字380所指示的，透過孔370，從坐落有窗360的電池盒351到作為第三電極的正極312和分隔物323實(shí)現(xiàn)連通。
[0086]因此，在電池300操作期間，能夠透過透明窗360輕易觀察電極組件340的作為第四電極的負(fù)極332中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變。
[0087]首先參照圖4，電池400的電極組件440配置為具有一結(jié)構(gòu)，在所述結(jié)構(gòu)中以與圖3中相同方式，兩個(gè)正極411和412以及兩個(gè)負(fù)極431和432堆疊，使分隔物421、422和423插入在正極411和412以及負(fù)極431和432之間。電極組件440的最外部電極411和432(即正極411和負(fù)極432)分別面向電池盒451和452。
[0088]從一側(cè)的電池盒451到電極組件440的作為第四電極的負(fù)極432之前的分隔物形成孔471。此外，從一側(cè)的電池盒451到電極組件440的作為第三電極的正極412之前的分隔物形成孔472。在電池盒451對應(yīng)于孔471和孔472的部位分別形成透明窗461和462。
[0089]透過孔471，從坐落有窗461的電池盒451到作為第三電極的正極412和分隔物423實(shí)現(xiàn)連通。此外，透過孔472，從坐落有窗462的電池盒451到作為第二電極的負(fù)極431和分隔物422實(shí)現(xiàn)連通。
[0090]也就是說，孔471和472形成在電池400的電極組件440和電池盒451中，并且透明窗461和462形成在電池盒451對應(yīng)于孔471和472的部位。因此，在電池400操作期間，能夠透過窗461和462輕易觀察在電極組件440的作為第四電極的負(fù)極432和作為第三電極的正極412中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變。
[0091]所述窗可形成在電池的相同側(cè)。替代地，所述窗可形成在電池的相對側(cè)。圖5示出了窗形成在電池的相對側(cè)的結(jié)構(gòu)。
[0092]參照圖5，從一側(cè)電池盒551到電極組件540的作為第二電極的負(fù)極531之前的分隔物形成孔571。此外，從另一側(cè)電池盒552到電極組件540的作為第二電極的正極512之前的分隔物形成孔572。透明窗561和562分別形成在電池盒551和552對應(yīng)于孔571和572的部位。
[0093]透過孔571，從坐落有窗561的電池盒551到作為第一電極的正極511和分隔物521實(shí)現(xiàn)連通。此外，透過孔572，從坐落有窗562的電池盒551到作為第一電極的負(fù)極532和分隔物523實(shí)現(xiàn)連通。
[0094]也就是說，孔571和572形成在電池500的電極組件540以及電池盒551和552中，并且透明窗561和562形成在電池盒551和552對應(yīng)于孔571和孔572的部位。具體地，孔571與572和窗561與562分別形成在一側(cè)電池盒551和另一側(cè)電池盒552中。
[0095]因此，在電池500操作期間，能夠透過窗561和562輕易觀察來自電極組件540—側(cè)的作為第二電極的負(fù)極531和來自電極組件540的另一側(cè)的作為第二電極的正極512中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變。
[0096]現(xiàn)在，將參照以下實(shí)例描述本發(fā)明。但是，實(shí)例僅提供用于本發(fā)明的說明而不應(yīng)當(dāng)解釋為對本發(fā)明范圍的限制。
[0097]〈例1>
[0098]將電極組件安裝在袋型電池盒中，所述電極組件如圖1所示制造為在正極和分隔物中形成有孔以使得正極和分隔物透過孔彼此連通。向電池盒中注射含有IM LiPF6鋰鹽的EC/EMC-基底電解質(zhì)以便使電解質(zhì)充滿電極，并且密封電池盒以制造電池。在袋型電池盒中對應(yīng)于電極組件的孔的部位形成開口，并且利用附著有基于環(huán)烯的膜的窗蓋住開口。
[0099]〈實(shí)驗(yàn)例1>
[0100]根據(jù)例I制造的電池在4.2V-2.5V電壓下充電和放電，并且基于充電和放電循環(huán)測量電池的容量保持率。結(jié)果在圖6中示出。
[0101]參照圖6，可以看到，雖然在電池的電極組件中形成有孔并在電池對應(yīng)于孔的部位形成有窗，但電池的容量保持率沒有改變。
[0102]也就是說，在電池的電極組件中形成有孔并且電池對應(yīng)于孔的部位形成有窗的情況下，能夠在電池操作期間，透過孔和窗實(shí)時(shí)觀察在電池中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變而不改變電池性能，進(jìn)而提高了結(jié)果的可靠性。
[0103]雖然為了說明性目的公開了本發(fā)明的示例性實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不脫離如在所附的權(quán)利要求中公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以進(jìn)行各種修改、添加和替換。
[0104]【工業(yè)實(shí)用性】
[0105]從上述描述明顯看出，根據(jù)本發(fā)明的電池經(jīng)配置以使得從電池盒到電極組件的正極或負(fù)極形成有孔，并且在電池盒對應(yīng)孔的部位形成有透明窗。因此，能夠在電池操作期間透過孔和窗實(shí)時(shí)觀察電池中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變，并且所觀察的結(jié)果可用于電池的基礎(chǔ)研究和診斷以及用于電池形成的改善。除此之外，在于常規(guī)電極組件和常規(guī)電池盒中形成孔和窗的情況下，能夠在電池操作期間透過孔和窗輕易觀察電池中發(fā)生的各種現(xiàn)象和改變。因此，無需用于實(shí)驗(yàn)的額外電池的復(fù)雜設(shè)計(jì)和制造，就能夠以與常規(guī)電池相同的性能，觀察電極的各種現(xiàn)象和改變成，由此改善了結(jié)果的可靠性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電池，所述電池配置為具有一結(jié)構(gòu)，其中 堆疊結(jié)構(gòu)安裝在電池盒的接收部，所述堆疊結(jié)構(gòu)包括正極、負(fù)極和插入在所述正極和所述負(fù)極之間的分隔物， 從電池盒到電極組件的正極或負(fù)極形成一個(gè)或多個(gè)孔，以及 在電池盒中對應(yīng)于所述孔的部位形成透明窗。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述電池盒為由包括樹脂層和金屬層的層壓板制造的袋型盒。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述電極組件為:凝膠卷型電極組件、堆疊型電極組件或者堆疊/折疊型電極組件，所述凝膠卷型電極組件配置為具有一結(jié)構(gòu)，其中正極板和負(fù)極板卷繞形成，使分離板插入在正極板和負(fù)極板之間；所述堆疊型電極組件配置為具有一結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)或多個(gè)正極板和一個(gè)或多個(gè)負(fù)極板堆疊形成，使一個(gè)或多個(gè)分隔物分別設(shè)置在正極板或負(fù)極板之間；所述堆疊/折疊型電極組件配置為具有堆疊型單元電池被折疊同時(shí)被放置在分隔板上的結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)堆疊型單元電池具有正極板和負(fù)極板。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述電極組件配置為具有一結(jié)構(gòu)，其中，當(dāng)在垂直面觀察時(shí)，作為正極或負(fù)極的電極A和作為與電極A的極性具有相反極性的電極的電極B交替地堆疊形成，使分隔物插入在電極A和電極B之間以構(gòu)成至少一對電極，并且堆疊結(jié)構(gòu)中的最外部的電極為電極A和電極B或復(fù)數(shù)個(gè)電極A。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池，其中，假設(shè)，從電池盒中坐落有窗的一側(cè)開始，電極組件的第一電極為電極六工，電極組件的第二電極為電極B2，電極組件的第(k-1)電極為電極Au)，并且電極組件的第k電極為電極Bk(其中k為大于或等于4的自然數(shù))，從第一電極到第(k-Ι)電極形成有孔以便觀察第k電極。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池，其中，假設(shè)，從電池盒中坐落有窗的一側(cè)開始，電極組件的第一電極為電極六工，電極組件的第二電極為電極B2，電極組件的第(k-1)電極為電極Au)，并且電極組件的第k電極為電極Bk(其中k為大于或等于4的自然數(shù))，從第一電極到第(k-2)電極形成有孔以便觀察第(k-Ι)電極。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，在所述電極組件和所述電池盒中形成有兩個(gè)或更多個(gè)孔和窗。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池，其中，所述兩個(gè)或更多個(gè)孔和窗形成在不同的部位。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池，其中，所述兩個(gè)或更多個(gè)孔形成為能從電池盒的一側(cè)、電池盒的相對側(cè)或電池盒的相對兩側(cè)進(jìn)行觀察。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，平面觀察時(shí)，每個(gè)孔具有相當(dāng)于電池的一個(gè)表面的整個(gè)面積的I到15%的面積。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，在所述分隔物中形成的孔具有的面積小于所述多個(gè)電極之一中形成的孔的面積。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電池，其中，在所述分隔物中形成的孔的面積為在所述多個(gè)電極之一中形成的孔的面積的60到90%。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述電池盒在電池盒對應(yīng)于所述電極組件的孔的部位提供開口，并且透明元件附著至所述開口以構(gòu)成窗。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述透明元件采用粘合劑或膠帶附著至所述開 □ O15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池，其中，所述粘合劑選自由下列物質(zhì)組成的組中的至少一種:環(huán)氧粘合劑、陶瓷粘合劑和亞克力粘合劑。16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電池，其中，所述膠帶選自由下列物質(zhì)組成的組中的至少一種:聚酰亞胺膠帶、聚酯膠帶和聚乙烯膠帶。17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述透明元件為聚合物膜，并選自由下列物質(zhì)組成的組中的至少一種:聚丙烯膜和基于環(huán)烯的膜。18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其中，所述電池為鋰二次電池。
【文檔編號】H01M2/20GK106062996SQ201580008725
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年1月30日
【發(fā)明人】柳正宇, 金帝映, 鄭根昌
【申請人】株式會(huì)社Lg化學(xué)