具有帶的電極組件和包含所述電極組件的電化學(xué)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電極組件和包含所述電極組件的電化學(xué)裝置，其中在將無邊緣電極卷繞成卷時，所述電極組件防止隔膜受壓和/或斷開現(xiàn)象的發(fā)生。
【專利說明】具有帶的電極組件和包含所述電極組件的電化學(xué)裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有帶的電極組件和包含所述電極組件的電化學(xué)裝置，更特別地，涉及電極組件和包含所述電極組件的電化學(xué)裝置，其中在將無邊緣電極卷繞成卷時，所述電極組件防止隔膜受壓和/或斷開現(xiàn)象的發(fā)生。
[0002]本發(fā)明主張2012年12月7日在韓國提交的韓國專利申請10-2012-0142021號和2012年12月7日在韓國提交的韓國專利申請10-2012-0142030號的優(yōu)先權(quán)，通過參考將其內(nèi)容并入本文中。
[0003]此外，本發(fā)明主張2013年12月4日在韓國提交的韓國專利申請10-2013-0150012號的優(yōu)先權(quán)，通過參考將其內(nèi)容并入本文中。

【背景技術(shù)】
[0004]近來，人們對電化學(xué)裝置領(lǐng)域中能量存儲技術(shù)的興趣日益增加。隨著能量存儲技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴展到移動電話、可攜式攝像機、膝上型計算機以及甚至電動汽車，對電池進行研究和開發(fā)的嘗試越來越多。在該方面，電化學(xué)裝置已經(jīng)引起了極大關(guān)注?？稍俪潆姸坞姵氐拈_發(fā)已經(jīng)成為特殊關(guān)注的焦點。
[0005]參考圖1，用于常規(guī)二次電池中的電極的示例性實施方案包含:具有電極活性材料層2、2’的電極1，其中電極活性材料層2、2’形成在具有長片形狀的集電器3的兩個表面上，且在集電器3的端部形成未被電極活性材料層2、2’覆蓋的無活性材料部分(a)。
[0006]當通過對電極和隔膜進行堆疊并卷繞成卷來形成電極組件時，會發(fā)生其中隔膜受到電極邊緣壓制的現(xiàn)象，所述電極邊緣確切地是完成電極卷繞的部分的邊緣，如上所述，具有無活性材料部分(a)的電極的優(yōu)點是，減輕或減少其中隔膜受到完成電極卷繞的部分的邊緣的壓制現(xiàn)象，由于無活性材料部分(a)，因此減輕隔膜應(yīng)力，由此防止隔膜斷開現(xiàn)象的發(fā)生。
[0007]然而，在使用具有無活性材料部分(a)的電極I的情況中，在涂布電極活性材料、尤其是正極活性材料的過程中，活性材料漿料分散在集電器的無活性材料部分上，結(jié)果形成活性材料島狀物，當集電器片通過高容量模型壽命試驗中卷的重復(fù)收縮和膨脹等而拉伸時，這種島狀物會造成電池內(nèi)部短路。
[0008]因此，如圖2中所提出的，提出了通過在集電器3的兩個表面上形成電極活性材料層2、2’，并進行切割以消除無活性材料部分而制造的無邊緣電極I。
[0009]在說明書中，術(shù)語“無邊緣電極”理解為表示其中活性材料層和集電器兩者在同一位置處形成邊緣的電極，如圖2所提出的。
[0010]然而，因為圖2中所提出的無邊緣電極避免了通過活性材料散射而形成島狀物的問題，但引起了由于電極活性材料層和集電器在同一位置處形成邊緣而帶來的高密度階梯的問題，所以在將電極I和隔膜5的堆卷繞成卷的部分處由電極邊緣施加到隔膜5的應(yīng)力，比在使用具有無活性材料部分的電極卷繞成卷時所施加的應(yīng)力高得多，因此隔膜受到壓制和/或斷開的問題惡化。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]技術(shù)問題
[0012]在本發(fā)明的示例性實施方案中，提供一種包含無邊緣電極的電極組件，其用于減輕或防止在卷繞成卷時隔膜受到壓制和/或斷開的現(xiàn)象。
[0013]此外，在本發(fā)明的另一個示例性實施方案中，提供一種包含所述電極組件的電化學(xué)裝置。
[0014]此外，在本發(fā)明的還一個示例性實施方案中，提供一種以更簡單的方式制造電極組件的方法。
[0015]技術(shù)方案
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個不例性實施方案，提供一種包含電極的電極組件，在所述電極中電極活性材料層和集電器在同一位置處形成邊緣，其中將絕緣帶設(shè)置在所述電極的邊緣與隔膜之間。
[0017]所述絕緣帶的寬度可等于電極的寬度。
[0018]電極的邊緣可以與在將電極組件卷繞成卷時位于卷繞完成部分的邊緣相對應(yīng)。
[0019]所述電極可以包括正極和負極中的任意一種或兩者。
[0020]可以將所述絕緣帶附著并堆疊在隔膜上，并可以以將所述電極的邊緣設(shè)置在所述絕緣帶上的方式將所述電極堆疊在所述絕緣帶上。
[0021]可以進一步將絕緣帶或彈性材料附著到位于電極卷繞完成部分的電極的邊緣而不與電極邊緣中的隔膜接觸。
[0022]所述彈性材料可以為丁苯橡膠。
[0023]在電極組件中，可以使用兩個絕緣帶，可以將兩個絕緣帶中的一個附著到電極下表面的端部，并將另一個附著到電極上表面的端部，且各個絕緣帶可以緊密附著到沿電極的厚度方向上的邊緣，所述電極的厚度方向與電極下表面和電極上表面垂直。
[0024]在電極組件中，可以使用一個絕緣帶，并可以將絕緣帶連續(xù)附著到電極下表面的端部、沿與電極下表面垂直的電極厚度方向上的邊緣和電極上表面的端部。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方案，提供一種制造電極組件的方法，所述方法包括:將絕緣帶堆疊在隔膜上；和以將電極卷繞完成部分的邊緣設(shè)置在絕緣帶上的方式將電極堆疊在絕緣帶上。
[0026]所述方法還可以包括將絕緣帶或彈性材料漿料施加到位于電極卷繞完成部分的電極的邊緣而不與電極邊緣中的隔膜接觸。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的還一個示例性實施方案，提供一種制造電極組件的方法，所述方法包括:將所述絕緣帶附著到電極的上表面和下表面中各個表面的端部；將所述絕緣帶附著到沿與電極的上表面和電極下表面中各個表面垂直的厚度方向上的邊緣；以及將電極堆疊在隔膜上。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的還一個示例性實施方案，提供一種電化學(xué)裝置，所述電化學(xué)裝置包含卷類型的上述電極組件。
[0029]所述電化學(xué)裝置可以為鋰二次電池。
[0030]有益效果
[0031]根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方案，通過將絕緣帶設(shè)置在隔膜與在完成電極卷繞的部分處的電極邊緣之間，提供減輕或防止隔膜受到壓制和/或斷開的現(xiàn)象的效果。
[0032]此外，根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方案，提供一種通過更簡單方法將絕緣帶施加到電極的程序優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1是示意性顯示示例性實施方案的橫斷面視圖，其中將具有無活性材料部分的電極堆疊在隔膜上。
[0034]圖2是示意性顯示示例性實施方案的橫斷面視圖，其中將無邊緣電極堆疊在隔膜上。
[0035]圖3是顯示本發(fā)明示例性實施方案的橫斷面視圖，其中將絕緣帶堆疊在隔膜上并將無邊緣電極堆疊在隔膜和絕緣帶上。
[0036]圖4是圖3的俯視圖。
[0037]圖5是顯示本發(fā)明示例性實施方案的橫斷面視圖，其中將絕緣帶堆疊在隔膜上，將無邊緣電極堆疊在隔膜和絕緣帶上，并將彈性材料施加到無邊緣電極的在完成卷繞的部分處的邊緣而不與隔膜接觸。
[0038]圖6a是示意性顯示示例性實施方案的橫斷面視圖，其中將絕緣帶附著到無邊緣電極的上表面和下表面中各個表面的端部，所述無邊緣電極包括完成無邊緣電極卷繞的部分。
[0039]圖6b是示意性顯示示例性實施方案的橫斷面視圖，其中將圖6a的附著到電極上表面和下表面中各個表面的端部的絕緣帶附著到沿電極的與電極上表面和下表面中各個表面垂直的厚度方向上的邊緣。
[0040]圖6c是示意性顯示示例性實施方案的橫斷面視圖,其中將具有圖6b的絕緣帶的無邊緣電極堆疊在隔膜上。
[0041]圖7是圖6c的俯視圖。
[0042]圖8是示意性顯示示例性實施方案的橫斷面視圖，其中將絕緣帶在中心處彎曲并附著到電極。

【具體實施方式】
[0043]下文中，將對本發(fā)明進行詳細說明。在說明之前，應(yīng)理解，不能認為說明書和附屬權(quán)利要求書中使用的術(shù)語限制為普通的詞典意思，而是應(yīng)在本發(fā)明人對術(shù)語進行適當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，本文中提供的說明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。
[0044]在本發(fā)明的示例性實施方案中，提供一種電極組件，所述電極組件包括無邊緣電極、隔膜和設(shè)置在所述無邊緣電極與隔膜之間的絕緣帶。特別地，電極的邊緣優(yōu)選與在將電極組件卷繞成卷時卷繞完成部分的邊緣相對應(yīng)，在所述卷繞完成部分中隔膜由于存在無邊緣電極而最易受應(yīng)力的影響。
[0045]為了更詳細地描述本發(fā)明，參考圖3來說明本發(fā)明的示例性實施方案。
[0046]參考圖3，將絕緣帶4堆疊在隔膜5上，并將電極I堆疊在絕緣帶4和隔膜5上。特別地，將電極邊緣堆疊在絕緣帶4上。
[0047]電極I可以包含集電器3和形成在所述集電器3的至少一個表面上的活性材料層2、2’，并與無邊緣電極I相對應(yīng)，在所述無邊緣電極I中集電器3和活性材料層2、2’在同一位置處形成邊緣。
[0048]如圖4所觀察到的，絕緣帶的寬度W4優(yōu)選大于或等于電極寬度Wl，從而實現(xiàn)本發(fā)明防止隔膜受到壓制和/或斷開的目的。在本發(fā)明中，“等于”理解為包括本領(lǐng)域中容許的誤差范圍。
[0049]對絕緣帶用材料沒有具體限制，條件是其具有絕緣性能并在電解液中無反應(yīng)性。滿足這種特征的絕緣帶用材料的非限制性實例可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚酯、尼龍、氯乙烯、特氟龍(Teflon?)、聚酰亞胺、Kapton?、聚苯硫醚等。此外，絕緣帶可以具有彈性。通過使用彈性絕緣帶可以減輕由于設(shè)置在電極與隔膜之間的絕緣帶而出現(xiàn)的在電極與隔膜之間的間隙現(xiàn)象。
[0050]絕緣帶在厚度方面沒有具體限制，只要其對本發(fā)明的目的是合適的即可。S卩，要求絕緣帶在減輕/防止隔膜受到壓制和/或斷開的現(xiàn)象的同時阻止電池體積不必要的增大。特別地，在以將本發(fā)明的電極組件卷繞成卷、將其接收在電池殼中并向其中注入電解液的方式制造電化學(xué)裝置的情況中，不要求隔膜與電極完全緊密接觸以使得電解質(zhì)在隔膜與電極之間移動。在本發(fā)明的示例性實施方案中，絕緣帶的厚度可以為10?20μπι。
[0051]參考圖3，對設(shè)置在電極I與隔膜5之間的絕緣帶4的長度4a和通過隔膜5露出的絕緣帶4的長度4b沒有具體限制，只要其對本發(fā)明的目的是合適的即可。例如，在本發(fā)明的示例性實施方案中，設(shè)置在電極與隔膜之間的絕緣帶的長度4a可以為5?20mm，且絕緣帶的通過隔膜5露出的長度4b可以為5?10mm。
[0052]絕緣帶4可以具有形成在其一個表面上的膠粘劑層。在這種情況中，以膠粘劑層附著到隔膜5的方式將絕緣帶4堆疊在隔膜5上。可應(yīng)用于絕緣帶的膠粘劑材料未限制為具體類型，條件是其能夠溶于電解液并在電極與隔膜之間提供預(yù)定水平的膠粘強度?；蛘?，可以通過熱密封或熱熔融將絕緣帶附著到隔膜。
[0053]電極可以表示正極和負極中的任意一種或兩者。因此，示例性實施方案可以包括:其中將絕緣帶設(shè)置在正極與隔膜之間的實施方案；其中將絕緣帶設(shè)置在負極與隔膜之間的實施方案；和其中將絕緣帶設(shè)置在正極與隔膜之間和負極與隔膜之間的實施方案。
[0054]在本發(fā)明中，對電極活性材料沒有具體限制。
[0055]可用于本發(fā)明中的隔膜未限制為具體類型，且可以使用用于本領(lǐng)域中的任意隔膜，例如多孔聚合物隔膜、具有形成在多孔聚合物基材的至少一個表面上的多孔涂層的復(fù)合隔膜、工程塑料類隔膜等。在此情況中，“多孔聚合物基材”代表由本領(lǐng)域中通常用作隔膜材料的材料如聚烯烴類化合物制成的基材，并理解為包括膜基材和非織造基材兩種。此外，“多孔涂層”包括無機粒子和粘合劑聚合物的混合物，并代表其中無機粒子通過粘合劑聚合物相互粘合同時無機粒子相互接觸堆積的結(jié)構(gòu)，其中在無機粒子之間由此形成間隙體積,并將這種間隙體積定義為空的空間并形成孔。
[0056]此外，參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的另一個示例性實施方案，除了設(shè)置在電極I與隔膜5之間的絕緣帶4，還可將另外的絕緣帶或彈性材料6施加到無邊緣電極的卷繞完成部分而不與隔膜接觸的邊緣。
[0057]絕緣帶6可以與設(shè)置在電極I與隔膜5之間的絕緣帶4相同或不同的材料的絕緣帶相對應(yīng)。作為彈性材料6，可以使用具有彈性的不導(dǎo)電材料如丁苯橡膠。
[0058]對將絕緣帶或彈性材料6施加到電極的時間點沒有具體限制，例如可以在將電極I堆疊在隔膜5上之前的任意時間點處或在將電極I堆疊在隔膜5上之后的任意時間點處施加絕緣帶或彈性材料6。
[0059]當將絕緣帶6施加到電極時，將絕緣帶的膠粘表面附著到電極的上表面和與電極上表面垂直的部分。
[0060]當將諸如丁苯橡膠的彈性材料的漿料施加到電極時，需要后續(xù)工藝以在將漿料施加到電極之后使其干燥。
[0061]在圖6a?6c中顯不了本發(fā)明的另一個不例性實施方案。
[0062]參考圖6a，準備兩個絕緣帶4’、4"，并將絕緣帶4’、4"的膠粘表面附著到電極I的上表面和下表面。兩個絕緣帶4’、4"可以具有相同的長度。
[0063]隨后，參考圖6b，將各個絕緣帶4’、4"緊密附著到沿電極的垂直于電極上表面的厚度方向上的橫斷面和沿電極的垂直于電極下表面的厚度方向上的橫斷面。如果在如上所述的附著之后存在剩余絕緣帶，剩余絕緣帶可以如圖6b中所示的形成尾部。尾部有助于減輕隔膜受到壓制和/或斷開的現(xiàn)象。
[0064]隨后，如圖6c中所示，將具有絕緣帶4’、4"的電極I堆疊在隔膜5上。
[0065]制造示例性實施方案的方法包括將兩個絕緣帶4’、4"附著到電極的上表面和下表面中各個表面的端部，并將絕緣帶4’、4"緊密附著到沿電極的厚度方向上的邊緣，由此具有方法容易且簡單的優(yōu)點。鑒于在后述圖8的示例性實施方案中需要復(fù)雜的設(shè)施和工藝將絕緣帶在中心處進行彎曲，所以該方法具有非常有利的程序優(yōu)點。此外，根據(jù)圖6a?6c的方法，其優(yōu)點在于，能夠?qū)⒔^緣帶更緊密地附著到電極。
[0066]由于在膠粘帶的材料、厚度和寬度以及用于絕緣帶中的膠粘材料方面圖3?5的示例性實施方案的說明可同樣應(yīng)用于圖6a?6c中的絕緣帶，所以參考圖3?5的說明。
[0067]對附著到電極上表面和下表面中各個表面端部的絕緣帶的長度沒有具體限制，只要其對本發(fā)明的目的是合適的即可。在本發(fā)明的示例性實施方案中，附著到電極的上表面或下表面中各個表面端部的絕緣帶的長度可以為5?20 μ m，且尾部的長度可以為5?10 μ m0
[0068]將本發(fā)明的另一個示例性實施方案示于圖8中。
[0069]參考圖8，通過對中心進行彎曲制備一種絕緣帶4，并將絕緣帶4附著到無邊緣電極。
[0070]具有圖8中制造的絕緣帶的電極還具有減輕或防止在卷繞成卷時隔膜受到壓制和/或斷開的現(xiàn)象的效果。然而，在該示例性實施方案中，如上所述，需要對絕緣帶4的中心進行彎曲的設(shè)施，并應(yīng)注意將彎曲的絕緣帶4緊密附著到電極上表面的端部、沿垂直于上表面的厚度方向上的邊緣以及電極下表面的端部。
[0071]通過將如上所述制造的電極組件卷繞成卷，將其接收在電池殼中，并向其中注入電解液，可以制造電化學(xué)裝置，下面對可用于本發(fā)明中的電化學(xué)裝置進行說明。
[0072]對可用于本發(fā)明中的正極活性材料、負極活性材料、正極集電器和負極集電器沒有具體限制，條件是其為可用于本領(lǐng)域中的材料。
[0073]作為正極活性材料，可以使用含鋰過渡金屬氧化物或鋰硫?qū)僭鼗锘衔?，且代表性實例包括但不限于金屬氧化物如LiCoO2, LiN12, LiMnO2' LiMn2O4或LiNi1IyCoxMyO2 (O ^ x ^ I, O ^ y ^ 1,0^ x+y ^ I, M 表示金屬如 Al、Sr、Mg 和 La)。
[0074]作為負極活性材料,可以使用如下材料:碳材料如結(jié)晶碳、無定形碳、碳復(fù)合材料和碳纖維；鋰金屬；和鋰合金，但本發(fā)明不能限制于此。
[0075]作為正極集電器，可以使用如下材料:不銹鋼、鎳、鋁、鈦或其合金；和在表面上利用碳、鎳、鈦和銀進行處理的鋁或不銹鋼。
[0076]作為負極集電器，可以使用如下材料:不銹鋼、鎳、銅、鈦或其合金；和在表面上利用碳、鎳、鈦和銀進行處理的銅或不銹鋼。
[0077]可用于本發(fā)明示例性實施方案中的電解液可以為其中將例如A+B_結(jié)構(gòu)的鹽溶于或離解在有機溶劑中的電解液，其中A+表示包括堿金屬陽離子如Li+、Na+和K+或其組合的離子，且 B_ 表示包括陰離子如 PF6_、BF4_、Cl_、Br' Γ、C104_、AsF6' CH3CO2' CF3SO3'N(CF3SO2)2-和C(CF2SO2)3-或其組合的離子，所述有機溶劑包括但不限于碳酸亞丙酯(PC)、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二丙酯(DPC)、二甲亞砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、四氫呋喃、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、碳酸甲乙酯(EMC)、Y-丁內(nèi)酯或其混合物。
[0078]基于最終產(chǎn)物的制造方法和所需物理性質(zhì)，在電池制造方法中以合適步驟注入電解液。即，可以在電池組裝之前或在電池組裝的最后步驟中注入電解液。
【權(quán)利要求】
1.一種電極組件，包含: 電極，其中電極活性材料層和集電器在同一位置處形成邊緣， 其中絕緣帶設(shè)置在所述電極的邊緣與隔膜之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中所述絕緣帶的寬度等于電極的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中所述電極的邊緣與在將所述電極組件卷繞成卷時位于卷繞完成部分的邊緣相對應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中所述電極包含正極和負極中的任意一種或兩者。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中所述絕緣帶附著并堆疊在所述隔膜上，并以將所述電極的邊緣設(shè)置在所述絕緣帶上的方式將所述電極堆疊在所述絕緣帶上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極組件，其中進一步將絕緣帶或彈性材料附著到電極邊緣中的位于所述電極卷繞完成部分的電極邊緣而不與所述隔膜接觸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極組件，其中所述彈性材料為丁苯橡膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中使用兩個絕緣帶，所述兩個絕緣帶中的一個附著到電極下表面的端部，以及另一個附著到電極上表面的端部，且各個絕緣帶緊密附著到沿著電極厚度方向上的邊緣，所述電極厚度方向與電極下表面和電極上表面垂直。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中使用一個絕緣帶，且所述絕緣帶連續(xù)附著到電極下表面的端部、沿與電極下表面垂直的所述電極的厚度方向上的邊緣和電極上表面的端部。
10.一種制造權(quán)利要求4的電極組件的方法，所述方法包括: 將絕緣帶堆疊在隔膜上；以及 以將電極卷繞完成部分的邊緣設(shè)置在所述絕緣帶上的方式將所述電極堆疊在所述絕緣帶上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括: 將絕緣帶或彈性材料漿料施加到電極邊緣中的位于所述電極卷繞完成部分的電極邊緣而不與隔膜接觸。
12.—種制造權(quán)利要求8的電極組件的方法，所述方法包括: 將絕緣帶附著到電極的上表面和下表面中各個表面的端部； 將所述絕緣帶附著到沿厚度方向上的邊緣，所述厚度方向與電極上表面和電極下表面中的各個表面垂直；以及 將所述電極堆疊在隔膜上。
13.一種電化學(xué)裝置，所述電化學(xué)裝置包含權(quán)利要求1?9中任一項的電極組件，所述電極組件為卷型。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電化學(xué)裝置，其中所述電化學(xué)裝置為鋰二次電池。
【文檔編號】H01M10/052GK104350640SQ201380027074
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月7日
【發(fā)明者】權(quán)兌炫, 李菅秀, 柳德鉉 申請人:株式會社Lg 化學(xué)