專利名稱：：使用頂部密封的隔膜的電池組件及包含其的二次電池的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種具有上端密封的隔膜的電極組件，以及一種包含所述電極組件的二次電池，且更具體地，涉及一種具有可充放電的陰極/隔膜/陽極結構的電極組件，其中突出所述電極上端之外的所述隔膜向一個方向彎曲，對所述隔膜作熱處理使得所述隔膜的彎曲狀態(tài)得以固定，并且在所述隔膜的彎曲表面形成絕緣覆蓋層，藉此防止外部物質引入所述電極組件，因此提升所述電極組件的安全性，以及一種包含所述電極組件的二次電池。
背景技術：
：二次電池已被廣泛用作移動裝置的電源，例如移動電話，膝上型電腦，攝影機等。特別是，鋰二次電池因為具有高操作電壓以及單位重量高能量密度，所以其使用率越來越高。鋰二次電池主要使用鋰基氧化物作為陰極活性材料以及含碳材料作為陽極活性材料。根據電解質溶液的種類，鋰二次電池一般可分類為液態(tài)電解質電池或聚合電解質電池。根據所使用的電解質形式，鋰二次電池亦可分類為鋰離子電池、鋰離子聚合物電池或鋰聚合物電池。根據電池的外觀，鋰二次電池可分類為圓柱形電池、方形電池或袋形電池。構成二次電池的電極組件，是以隔膜裝設于陰極與陽極間的結構構建的。典型電極組件的實例包括長條(long-sheet)型電極和隔膜以環(huán)狀斷面的形式纏繞構建的果醬巻型(jelly-rolltype)電極組件，以及，以具有預設尺寸的電極和隔膜依序逐個堆疊構建的堆疊式電極組件。具有前述構筑的電極組件，雖然陰極和陽極彼此通過隔膜電絕緣，但由于導電的外部物質被導入電極組件或在陽極生成的枝晶而可能發(fā)生短路的問題。因此，通過熱焊接使相鄰隔膜的末端彼此附接的技術(日本未審查專利公開No.2000-090965及韓國未審査專利公開No.2004-0042373)以及在隔膜的周圍形成厚度大于使用鋰作為陽極材料的電池中電極厚度的1/2的絕緣材料的技術(日本未審查專利公開No.1993-109435)均已被提出以提升電池的安全性。然而，上述慣常技藝具有下列幾個問題。第一，通過熱焊接使鄰接隔膜的末端彼此附接的技術通過使用熱而完成，所述熱足以引起這些隔膜至少部份溶化至電極的末端。因此，在使用高熱以便完全密封這些隔膜時，電極活性材料可能被損壞。當為了防止電極活性材料損壞而以相對低的溫度完成熱焊接操作時，則難以達成隔膜間完整的密封性能。第二，在隔膜的周圍形成厚度大于電池中電極厚度的1/2的絕緣材料的技術，其特征在于所述絕緣材料溶解于揮發(fā)性溶劑中，注入隔膜的末端，然后干燥。然而，必須重復執(zhí)行此步驟，以便形成具有大于預設尺寸之密封部，且必須執(zhí)行干燥流程。因此，該技術不被認為是經濟的可用于實際大規(guī)模生產的技術。因此，急切需要提供一種解決上述習知技藝的問題并防止由于各種因素短路的技術
發(fā)明內容技術問題因此，作出本發(fā)明以解決上述問題和其它尚未解決的技術問題。作為為解決上述問題的各種廣泛和深入的研究和實驗的結果，本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現，當構建電極組件，隔膜分別裝設于陰極和陽極之間，高于所述陰極和陽極突出，突出的隔膜向一個方向彎曲，熱處理所述隔膜使得所述隔膜的彎曲狀態(tài)得以固定，并且在所述隔膜上端形成絕緣覆蓋層，最小化對電極的熱損壞，并且防止因外部物質導入電極組件而發(fā)生的短路情形。本發(fā)明是根據這些發(fā)現完成的。根據本發(fā)明的一方面，上述及其它目的可通過提供電極組件達成，所述電極組件具有可充放電的陰極/隔膜/陽極結構，其中突出超過所述電極上端的所述隔膜，向一個方向彎曲，熱處理所述隔膜使得所述隔膜的彎曲狀態(tài)得以固定，并且在所述隔膜的彎曲表面形成絕緣覆蓋層。優(yōu)選所述隔膜自所述電極的上端突出1.5mm至3mm的長度。當所述隔膜的突出長度太小時，所述隔膜不可能完全覆蓋所述電極的上端，導致雖然所述隔膜己彎曲，熱處理使得所述隔膜的彎曲狀態(tài)固定，以及形成上述絕緣覆蓋層，但仍難以達成密封性能。另一方面，當所述隔膜的突出長度太大時，增加的重疊區(qū)域導致電極組件的尺寸增加。優(yōu)選所述陽極的上端高于所述陰極的上端突出，且所述隔膜在上述范圍中自所述陽極的上端突出。所述隔膜的彎曲并無特別限制，只要所述隔膜可向一個方向彎曲以覆蓋裝設于這些隔膜間之電極的上端即可。熱處理固定保持了所述隔膜的彎曲狀態(tài)。優(yōu)選在隔膜材料的玻璃轉變溫度以上的溫度或在隔膜材料熔點以下的溫度，執(zhí)行該熱處理固定操作。在慣常技藝中，隔膜的熱焊接在足以造成隔膜至少部份熔融的高溫下執(zhí)行。因此，熱處理的溫度必須高于隔膜的熔點。另一方面，根據本發(fā)明，熱處理固定操作在低于隔膜熔點的溫度下執(zhí)行。因此，有效防止由于使用高熱所造成的活性材料的損壞。根據情況，可在短時間內以等于或高于隔膜之熔點的溫度，執(zhí)行熱處理固定動作。所述絕緣覆蓋層并無特別限制，只要該絕緣覆蓋層以電絕緣材料形成，并可穩(wěn)固地覆蓋該隔膜的上端，同時該絕緣覆蓋層不會影響電池的運作即可。舉例來說，所述絕緣覆蓋層可由各種絕緣材料形成，如PP、PE、PTFE和EPDM。這些絕緣材料可單獨使用或由兩種或更多組合使用。在一優(yōu)選實施例中，通過在所述隔膜的彎曲上端施用熔融絕緣材料并凝固該熔融絕緣材料，以形成所述絕緣覆蓋層。所述融化絕緣材料的添加及凝固不需任何溶劑，因此不需用于移除溶劑的干燥流程。因此，本發(fā)明更為經濟。在這種情況下，特別優(yōu)選的融化絕緣材料是與用于所述隔膜的材料同樣的聚合物樹脂。該聚合物樹脂可為聚烯烴樹脂如聚乙烯或聚丙烯。優(yōu)選所述絕緣覆蓋層的厚度為lmm至3mm。當所述絕緣覆蓋層的厚度太小時，絕緣覆蓋層與所述隔膜間的結合力降低。另一方面，當所述絕緣覆蓋層的厚度太大時，電極組件的厚度會增加，且形成絕緣覆蓋層所需的時間也會增加。根據本發(fā)明之電極組件可以各種結構構建。舉例來說，該電極組件可為果醬巻型電極組件或堆疊式電極組件。根據本發(fā)明的隔膜上端彎曲且在特定條件下做熱處理的結構是一種新的結構。因此，本發(fā)明還提供一種電極組件，其具有可充放電的陰極/隔膜/陽極結構，其中突出超過所述電極上端的所述隔膜，向一個方向彎曲，在隔膜材料的玻璃轉變溫度與隔膜材料的熔點之間的溫度范圍對所述隔膜作熱處理，使得所述隔膜的彎曲狀態(tài)得以固定。所述隔膜的構成及熱處理條件系與上面描述的相同。根據本發(fā)明的另一方面，提供一種二次電池，其包含上述構成的電極組件。根據本發(fā)明的二次電池，不需要在一般二次電池中需要的組件裝設于電極組件上端的附加絕緣構件。因此，具有這種結構的二次電池的制造流程得以簡化，并且具有這種結構的二次電池的制造成本得以降低。適合適用于本發(fā)明的電極組件制造二次電池的方法在此領域中是公知的，因此不再做詳細描述。本發(fā)明的上述及其它目的、特征與其余優(yōu)勢將會從以下結合附圖的詳細描述獲得清楚認知，其中圖1至圖4為根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的電極組件的制造方法的示意圖。附圖中主要參考標記的說明100電極組件110陰極120陽極130隔膜200絕緣覆蓋層具體實施例方式現在，將結合附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。這里必須注意本發(fā)明的范圍并不僅限制于列舉的實施例。圖l至圖4是根據本發(fā)明優(yōu)選實施例制造電極組件的方法示意圖。首先請參考圖1，電極組件100是以分別裝設于陰極110與陽極120間的多孔隔膜130的結構構建的，所述陰極110和陽極120是將活性材料施用到集流體上制備的。陰極110的高度小于陽極120，而隔膜130的高度大于陽極120。隔膜130的突出高度h大于陰極110與陽極120的寬度w。因此，如第二圖所示，當電極組件100向一個方向按壓，使得電極組件IOO彎曲時，陰極110及陽極120的上端會被完全覆蓋?，F在請參考圖3，對包覆在陰極110和陽極120上端的隔膜130的彎曲部132執(zhí)行熱處理。熱處理在隔膜材料的玻璃轉變溫度以上的溫度或在隔膜材料熔點以下的溫度于預設時間內執(zhí)行，以固定彎曲部的彎曲狀態(tài)。根據情況，在隔膜130的部份區(qū)域可進行熱焊接。然而即使在這種情況下，這種熱焊接也不被視為在隔膜130的整個區(qū)域做熱焊接。最后請參考圖4，熔融絕緣樹脂施用于熱固定隔膜130的上端表面，以便于在隔膜130的上端表面形成絕緣覆蓋層200。絕緣覆蓋層200完全覆蓋陰極110及陽極120的上端，同時使隔膜130彼此連接，以防止外部物質導入陰極IIO和陽極120。另外，其可如蓋板裝設于電池殼體(未示出)的上開放端以維持電絕緣，而不需使用附加絕緣構件。此后，將詳細描述證明根據本發(fā)明優(yōu)選實施例的電極組件效果的實驗。然而，應注意的是，本發(fā)明的范圍并不限于所列舉的實驗。1-1.陰極的制造包含96重量百分比的LiCoC2，1.5重量百分比的Super-P(導電劑)，以及2.5重量百分比的PVDF(偶聯劑)的混合物作為陰極活性材料，其添加至作為溶劑的NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)，以制造陰極混合漿。接著，將所述陰極混合漿施用于鋁集流體，干燥并壓制。以此方式，制造陰極。1-2.陽極的制造包含95.5重量百分比的人工石墨，1.5重量百分比的Super-P(導電劑)，以及3重量百分比的PVDF(偶聯劑)的混合物作為陽極活性材料，其添加至作為溶劑的NMP，以制造陽極混合漿。接著，將所述陽極混合漿施用于銅集流體，干燥并壓制。以此方式，制造陽極。1-3.電解質溶液的制造利用1MLiPFe和EC/PC/DMC-基溶液制造電解質溶液。1-4.絕緣覆蓋層的形成及電池的制造如圖2至圖4所示，多孔隔膜分別裝設于1-1節(jié)中所描述制造的陰極與l-2節(jié)中所描述制造的陽極之間，且向一個方向彎曲所述隔膜。接著，在約12(TC的溫度下熱處理3秒以固定所述隔膜的彎曲狀態(tài)。然后，將作為絕緣材料的熔融聚丙烯施用于所述隔膜的上端，以形成厚度約2mm的絕緣覆蓋層。將如1-3節(jié)所描述制造的電解質溶液注入已制備的電極組件。以此方式，制造鋰二次電池。一種二次電池除了沒有絕緣材料涂布于所述隔膜的上端之外，其余均依照如實例1同樣的方式制造。如實例i與對比例1所描述制造的電池分別從4英尺高處，將頂部、底部和側部各落下15次，以測量是否有外部物質導入所述電極組件。這些測量結果示于表1中。<表1><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>*碎片尺寸>500(im，粉末尺寸44至150(im可從表1看到，當所述絕緣材料注入所述隔膜的突出上端，使得所述隔膜的突出上端覆蓋所述絕緣材料時，避免了外部物質導入對應的電極組件，藉此提升了所對應電池的穩(wěn)定性。對于在實例1及對比例1中所描述制造的電池，在充電4.3V/0.5C/3V切斷的條件下，完成10次的循環(huán)測試，以測量是否有外部物質導入所述電極組件。這些測量結果示于表2中。<表2><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>可從表2看到，當所述絕緣材料注入所述隔膜的突出上端，使得所述隔膜的突出上端覆蓋所述絕緣材料時，避免了外部物質導入對應的電極組件，藉此提升了所對應電池的穩(wěn)定性。雖然本發(fā)明優(yōu)選的實施例因示范目的而揭露，然而本領域技術人員將理解，不超出本發(fā)明如附隨的權利要求書所公開的范圍和目的，各種修改、添加和替代都是可以的。產業(yè)實用性如上述所顯示，本發(fā)明具有如下效果防止外部物質導入電極組件，防止在電極組件中短路的發(fā)生，以及保護該電極組件免受外部持續(xù)作用的震動與碰撞，藉此提升包含該電極組件的電池的安全性。權利要求1.一種電極組件，其具有可充放電的陰極/隔膜/陽極結構，其中突出所述電極的上端之外的隔膜向一個方向彎曲，熱處理所述隔膜使得所述隔膜的彎曲狀態(tài)得以固定，并且在所述隔膜的彎曲表面形成絕緣覆蓋層。2.如權利要求1所述的電極組件，其中所述隔膜自所述電極的上端突出1.5mm至3mm的長度。3.如權利要求2所述的電極組件，其中所述陽極的上端突出高于所述陰極的上端；以及所述隔膜自所述陽極的上端突出。4.如權利要求l所述的電極組件，其中在隔膜材料的玻璃轉變溫度以上的溫度或在所述隔膜材料的熔點以下的溫度，執(zhí)行熱處理固定操作。5.如權利要求1所述的電極組件，其中通過在所述隔膜的彎曲上端施用熔融絕緣材料并凝固所述熔融絕緣材料，來形成所述絕緣覆蓋層。6.如權利要求5所述的電極組件，其中所述熔融絕緣材料為聚烯烴樹脂，其是與用于所述隔膜的材料相同的聚合物樹脂。7.如權利要求1所述的電極組件，其中所述覆蓋層的厚度為lmm至3mm。8.如權利要求1所述的電極組件，其中所述電極組件為果醬巻型電極組件或堆疊式電極組件。9.一種電極組件，其具有可充放電的陰極/隔膜/陽極結構，其中突出所述電極的上端之外的隔膜向一個方向彎曲，在隔膜材料的玻璃轉變溫度和在所述隔膜材料的熔點之間的溫度范圍，對所述隔膜進行熱處理，使得所述隔膜的彎曲狀態(tài)得以固定。10.—種二次電池，其包含如權利要求1至8任一項所述的電極組件。11.如權利要求io所述的二次電池，其中所述二次電池沒有附加的絕緣構件裝設于所述電極組件的上端。全文摘要本發(fā)明公開了一種具有上端密封的隔膜的電極組件，以及一種包含此電極組件的二次電池。所述電極組件具有可充放電的陰極/隔膜/陽極結構。突出所述電極上端之外的所述隔膜向一個方向彎曲，熱處理所述隔膜使得所述隔膜的彎曲狀態(tài)得以固定，并且在所述隔膜的彎曲表面形成絕緣覆蓋層。因此，防止外部物質導入所述電極組件，且因此，提升所述電極組件的安全性。文檔編號H01M2/10GK101351906SQ200680050363公開日2009年1月21日申請日期2006年12月4日優(yōu)先權日2006年1月4日發(fā)明者李東燮,邊鎬慶,鄭相薰,金成鐘,金熙錫申請人:株式會社Lg化學