一種電極組件的製作方法

2023-05-03 10:34:01

本發明涉及一種電極組件的鋰二次電池。

背景技術：

現在隨著各種移動電源裝置的技術開發和需求的增加，對二次電池的需求也急劇增加。在二次電池中，已經將具有高能量密度和運行電壓以及優異的保存和壽命特徵的鋰二次電池廣泛用作各種電子產品以及各種移動裝置的能源。

鋰二次電池使用金屬氧化物如LiCoO作為正極活性材料並使用碳材料作為負極活性材料，將多孔聚合物隔片布置在負極與正極之間，且含有鋰鹽如LiPh的非水電解液用作其中鋰離子在負極與正極之間移動的介質。所述鋰二次電池必須在電池的運行電壓範圍內基本穩定，必須具有高充放電效率，並必須具有在足夠高的速率下遷移離子的能力。

將具有3.6V以上運行電壓的鋰二次電池用作可攜式電子裝置的電源或將多個鋰二次電池串聯連接以用於高功率混合動力車輛中。由於鋰二次電池的運行電壓是鎳-鎘電池或鎳-金屬氫化物電池的運行電壓的三倍且每單位重量的能量密度特性也是優異的，所以鋰二次電池具有被廣泛應用的趨勢。在鋰二次電池中，可以對聚合物隔片進行包覆以在保持單電池的安全性、高溫存儲性能和高溫循環性能的同時提高對電極的粘合。然而，這會造成電池初始電阻的提高。

技術實現要素：

本發明提供一種在電池的製備期間降低初始電阻的同時提高電池製備的加工性並具有與常規電池相當的電池壽命的電極組件，以及包含所述電極組件的鋰二次電池。

本發明的實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構的多個單元電池布置在長片型隔膜上的狀態卷繞的結構，所述電極組件包含具有兩種以上的電極材料構造的單元電池，其中堆疊在具有堆疊結構的單元電池上的隔片具有包覆在其兩側上的包覆材料且長片型隔膜具有包覆在其一側上的包覆材料。

附圖說明

包括附圖以提供本發明的進一步理解，將所述附圖併入本說明書中並構成本說明書的一部分。附圖顯示了本發明的例示性實施方案，並與說明書一起用於解釋本發明的原理。在所述附圖中：

圖1顯示了本發明的電極組件。

具體實施方式

下面參考附圖對本發明的優選實施方案進行更詳細的說明。然而，本發明可以以不同形式實施且不應被理解為限制於本文中所述的實施方案。而是，提供這些實施方案以使得本公開內容詳盡和完全，並將本發明的範圍完整地傳達給本領域的技術人員。

本發明涉及電極組件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構的多個單元電池布置在長片型隔膜40上的狀態卷繞的結構，所述電極組件包含具有兩種以上的電極材料構造的單元電池，其中堆疊在具有堆疊結構的單元電池上的隔片30具有包覆在其兩側上的包覆材料且長片型隔膜40具有包覆在其一側(具體地，具有布置在其上的多個單元電池的側)上的包覆材料。

下文中，將對本發明進行更詳細的說明。

本發明涉及電極組件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應的多個單元電極即正極和負極交替堆疊並將具有堆疊結構的多個單元電池布置在長片型隔膜40上的狀態卷繞的結構。

通過使用兩側都被包覆的隔片30來對本發明電極組件10中的各個單元電池進行包覆。其原因是，可以促進將電極粘合到隔片30上並可以在保持安全性的同時將性能保持原樣。用於包覆兩側的包覆材料的厚度可以在約0.001um～約100um的範圍內。當包覆厚度在上述範圍內時，可防止電池厚度的增加並可以使電池性能的下降最小化。

本發明的電極組件10具有堆疊/摺疊型結構，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並多個布置在長片型隔膜40上，隨後順序卷繞以總體形成為板型結構。

所述雙電池是具有布置在單電池兩側上的相同電極的單元電池，例如正極/隔片/負極/隔片/正極的單元結構和負極/隔片/正極/隔片/負極的單元結構。為了通過使用上述雙電池形成包括二次電池的電化學單電池，必須堆疊多個雙電池，從而使得具有正極/隔片/負極/隔片/正極的結構的雙電池和具有負極/隔片/正極/隔片/負極結構的雙電池以其間布置有隔膜40的狀態相互面對。此外，正極端子11和負極端子12突出至各個單元電池的外部。

在本發明的電極組件10中，根據包覆在集電體上的電極材料的類型和厚度，可確定電極材料的構造。電極材料的具體構造不限於電極組件10的典型構造。

例如，在具有不同構造的電極材料是優選實例中的正極材料的情況中，為了製備本發明的電極組件10，可以對由第一單元電池21和第二單元電池22形成的電極組件10進行構造。

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於正極活性材料或負極活性材料的類型和厚度。

因此，在具有不同構造的電極材料是優選實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，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。

通過使用兩側都被包覆的隔片30來對本發明的電極組件10中的各個單元電池進行包覆。其原因是，可以促進將電極粘合到隔片30上且可以在保持安全性的同時將性能保持原樣。用於包覆兩側的包覆材料的厚度可以在約0.001～約100的範圍內。當包覆厚度在上述範圍內時，可在防止電池厚度增大的同時，使電池性能的下降最小化。

用於包覆兩側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。

可將雙電池用作具有堆疊結構的單元電池。其原因是，具有更高容量的單元電池的巨大優勢是可以在保持雙電池的電池形狀的同時使用所述雙電池，且 還可以降低在電池的製備過程期間的物理尺寸偏差。

以其中將具有堆疊結構的多個單元電池布置在長片型隔膜40上的狀態對本發明的電極組件10進行卷繞，且此時，長片型隔膜40的長度不限於在單電池的卷繞期間可使用的長度。

將包覆在一側上的隔膜40用作本發明的電極組件10的摺疊期間的長片型隔膜。使用具有包覆在其一側上的包覆材料的片型隔膜40，由此可實現成本的下降。此外，由於作為絕緣體的包覆材料的含量可以儘可能地下降，所以可以進一步提高電池的電導率和電性能，且可以包含多個電極組件10，由此，可以使容量最大化並可以防止由電池的隔片40造成的輸出的下降。用於包覆一側的包覆材料的厚度可以在約0.001ym～約100ym的範圍內。當包覆厚度在上述範圍內時，可在防止電池厚度增加的同時將電池性能保持原樣。

具體地，用於包覆一側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。

在長片型隔膜40中，包覆有包覆材料的一側是具有布置在其上的多個單元電池的側。其原因是，可以促進將電極粘合到隔片上並可在保持安全性的同時將性能保持原樣。

本發明的電極組件10可用於鋰二次電池，且當電連接並包含兩種以上的鋰二次電池時，可將其用於電池模塊或電池組以用於中型和大型裝置的電源。具體地，中型和大型裝置的實例可以是電動工具；包括電動汽車、混合電動車輛(ffiV)和插電式混合電動車輛(PffiV)的電動車輛(EV)；包括電動自行車和電動踏板車的電動雙輪車輛；電動高爾夫球車；電動卡車；以及電動商用車輛(electriccommercialvehicle)或電力存儲系統。

在本發明中，可根據本領域中已知的典型方法製備電極組件10和由所述電極組件10形成的鋰二次電池。

下文中，將根據具體實施例對本發明進行詳細說明，但提供如下實施例僅用於例示本發明。對本領域的技術人員顯而易見的是，在不背離本發明的主旨或範圍的條件下，能夠在本發明中完成各種變體和變化。由此意圖是，本發明包 括本發明的變體和變化，只要它們在附屬權利要求書及其等價物的範圍內即可。

實施例1

(製備正極)

通過將鋰鈷氧化物、炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中來製備漿料並然後利用所述漿料對鋁箔的兩側進行包覆。對經包覆的鋁箔進行充分乾燥並然後通過對經包覆的鋁箔進行壓制而製備正極。

(製備負極)

通過將石墨、乙炔黑和PVDF分散在NMP中來製備漿料並然後利用所述漿料對銅箔的兩側進行包覆。對經包覆的銅箔進行充分乾燥並然後通過對經包覆的銅箔進行壓制而製備負極。

(隔片和隔膜)

在約30um的厚度下利用PZT對隔片的兩側進行包覆以製備雙電池，其後，通過在13個雙電池的卷繞期間在約30um的厚度下使用包覆在一側上的隔膜(使用PLZT)，製備了電極組件。

實驗例2

1)初始電阻：通過在恆定電流(50A)下對半充電電池(SOC50)進行放電時的壓降，計算了初始電阻，並且與通過使用典型方法製備的單電池相比，電阻下降了約3％。

2)電池壽命：當將電池壽命定義為其中在恆定高溫下存儲期間電阻提高30％的時間時，電池壽命與通過使用典型方法製備的單電池的壽命相當。

如上所述，可確認，本發明的電極組件提高了電池製備的加工性，同時降低了初始電阻並具有優異的電池壽命。