本發(fā)明涉及一種電極組件的鋰二次電池。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在隨著各種移動電源裝置的技術(shù)開發(fā)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(jīng)將具有高能量密度和運行電壓以及優(yōu)異的保存和壽命特征的鋰二次電池廣泛用作各種電子產(chǎn)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作為正極活性材料并使用碳材料作為負(fù)極活性材料，將多孔聚合物隔片布置在負(fù)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(fù)極與正極之間移動的介質(zhì)。所述鋰二次電池必須在電池的運行電壓范圍內(nèi)基本穩(wěn)定，必須具有高充放電效率，并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便攜式電子裝置的電源或?qū)⒍鄠€鋰二次電池串聯(lián)連接以用于高功率混合動力車輛中。由于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(yōu)異的，所以鋰二次電池具有被廣泛應(yīng)用的趨勢。在鋰二次電池中，可以對聚合物隔片進(jìn)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(huán)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(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明提供一種在電池的制備期間降低初始電阻的同時提高電池制備的加工性并具有與常規(guī)電池相當(dāng)?shù)碾姵貕勖碾姌O組件，以及包含所述電極組件的鋰二次電池。
本發(fā)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(jié)構(gòu)的多個單元電池布置在長片型隔膜上的狀態(tài)卷繞的結(jié)構(gòu)，所述電極組件包含具有兩種以上的電極材料構(gòu)造的單元電池，其中堆疊在具有堆疊結(jié)構(gòu)的單元電池上的隔片具有包覆在其兩側(cè)上的包覆材料且長片型隔膜具有包覆在其一側(cè)上的包覆材料。
附圖說明
包括附圖以提供本發(fā)明的進(jìn)一步理解，將所述附圖并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分。附圖顯示了本發(fā)明的例示性實施方案，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在所述附圖中：
圖1顯示了本發(fā)明的電極組件。
具體實施方式
下面參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施方案進(jìn)行更詳細(xì)的說明。然而，本發(fā)明可以以不同形式實施且不應(yīng)被理解為限制于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(nèi)容詳盡和完全，并將本發(fā)明的范圍完整地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。
本發(fā)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(jié)構(gòu)的多個單元電池布置在長片型隔膜40上的狀態(tài)卷繞的結(jié)構(gòu)，所述電極組件包含具有兩種以上的電極材料構(gòu)造的單元電池，其中堆疊在具有堆疊結(jié)構(gòu)的單元電池上的隔片30具有包覆在其兩側(cè)上的包覆材料且長片型隔膜40具有包覆在其一側(cè)(具體地，具有布置在其上的多個單元電池的側(cè))上的包覆材料。
下文中，將對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說明。
本發(fā)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(yīng)的多個單元電極即正極和負(fù)極交替堆疊并將具有堆疊結(jié)構(gòu)的多個單元電池布置在長片型隔膜40上的狀態(tài)卷繞的結(jié)構(gòu)。
通過使用兩側(cè)都被包覆的隔片30來對本發(fā)明電極組件10中的各個單元電池進(jìn)行包覆。其原因是，可以促進(jìn)將電極粘合到隔片30上并可以在保持安全性的同時將性能保持原樣。用于包覆兩側(cè)的包覆材料的厚度可以在約0.001um～約100um的范圍內(nèi)。當(dāng)包覆厚度在上述范圍內(nèi)時，可防止電池厚度的增加并可以使電池性能的下降最小化。
本發(fā)明的電極組件10具有堆疊/折疊型結(jié)構(gòu)，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并多個布置在長片型隔膜40上，隨后順序卷繞以總體形成為板型結(jié)構(gòu)。
所述雙電池是具有布置在單電池兩側(cè)上的相同電極的單元電池，例如正極/隔片/負(fù)極/隔片/正極的單元結(jié)構(gòu)和負(fù)極/隔片/正極/隔片/負(fù)極的單元結(jié)構(gòu)。為了通過使用上述雙電池形成包括二次電池的電化學(xué)單電池，必須堆疊多個雙電池，從而使得具有正極/隔片/負(fù)極/隔片/正極的結(jié)構(gòu)的雙電池和具有負(fù)極/隔片/正極/隔片/負(fù)極結(jié)構(gòu)的雙電池以其間布置有隔膜40的狀態(tài)相互面對。此外，正極端子11和負(fù)極端子12突出至各個單元電池的外部。
在本發(fā)明的電極組件10中，根據(jù)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(gòu)造。電極材料的具體構(gòu)造不限于電極組件10的典型構(gòu)造。
例如，在具有不同構(gòu)造的電極材料是優(yōu)選實例中的正極材料的情況中，為了制備本發(fā)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(jìn)行構(gòu)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于正極活性材料或負(fù)極活性材料的類型和厚度。
因此，在具有不同構(gòu)造的電極材料是優(yōu)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(zhì)，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(zhì)。
通過使用兩側(cè)都被包覆的隔片30來對本發(fā)明的電極組件10中的各個單元電池進(jìn)行包覆。其原因是，可以促進(jìn)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。用于包覆兩側(cè)的包覆材料的厚度可以在約0.001～約100的范圍內(nèi)。當(dāng)包覆厚度在上述范圍內(nèi)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。
用于包覆兩側(cè)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(zhì)。
可將雙電池用作具有堆疊結(jié)構(gòu)的單元電池。其原因是，具有更高容量的單元電池的巨大優(yōu)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制備過程期間的物理尺寸偏差。
以其中將具有堆疊結(jié)構(gòu)的多個單元電池布置在長片型隔膜40上的狀態(tài)對本發(fā)明的電極組件10進(jìn)行卷繞，且此時，長片型隔膜40的長度不限于在單電池的卷繞期間可使用的長度。
將包覆在一側(cè)上的隔膜40用作本發(fā)明的電極組件10的折疊期間的長片型隔膜。使用具有包覆在其一側(cè)上的包覆材料的片型隔膜40，由此可實現(xiàn)成本的下降。此外，由于作為絕緣體的包覆材料的含量可以盡可能地下降，所以可以進(jìn)一步提高電池的電導(dǎo)率和電性能，且可以包含多個電極組件10，由此，可以使容量最大化并可以防止由電池的隔片40造成的輸出的下降。用于包覆一側(cè)的包覆材料的厚度可以在約0.001ym～約100ym的范圍內(nèi)。當(dāng)包覆厚度在上述范圍內(nèi)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，用于包覆一側(cè)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(zhì)。
在長片型隔膜40中，包覆有包覆材料的一側(cè)是具有布置在其上的多個單元電池的側(cè)。其原因是，可以促進(jìn)將電極粘合到隔片上并可在保持安全性的同時將性能保持原樣。
本發(fā)明的電極組件10可用于鋰二次電池，且當(dāng)電連接并包含兩種以上的鋰二次電池時，可將其用于電池模塊或電池組以用于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(tǒng)。
在本發(fā)明中，可根據(jù)本領(lǐng)域中已知的典型方法制備電極組件10和由所述電極組件10形成的鋰二次電池。
下文中，將根據(jù)具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，但提供如下實施例僅用于例示本發(fā)明。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的主旨或范圍的條件下，能夠在本發(fā)明中完成各種變體和變化。由此意圖是，本發(fā)明包 括本發(fā)明的變體和變化，只要它們在附屬權(quán)利要求書及其等價物的范圍內(nèi)即可。
實施例1
(制備正極)
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)中來制備漿料并然后利用所述漿料對鋁箔的兩側(cè)進(jìn)行包覆。對經(jīng)包覆的鋁箔進(jìn)行充分干燥并然后通過對經(jīng)包覆的鋁箔進(jìn)行壓制而制備正極。
(制備負(fù)極)
通過將石墨、乙炔黑和PVDF分散在NMP中來制備漿料并然后利用所述漿料對銅箔的兩側(cè)進(jìn)行包覆。對經(jīng)包覆的銅箔進(jìn)行充分干燥并然后通過對經(jīng)包覆的銅箔進(jìn)行壓制而制備負(fù)極。
(隔片和隔膜)
在約30um的厚度下利用PZT對隔片的兩側(cè)進(jìn)行包覆以制備雙電池，其后，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(cè)上的隔膜(使用PLZT)，制備了電極組件。
實驗例2
1)初始電阻：通過在恒定電流(50A)下對半充電電池(SOC50)進(jìn)行放電時的壓降，計算了初始電阻，并且與通過使用典型方法制備的單電池相比，電阻下降了約3％。
2)電池壽命：當(dāng)將電池壽命定義為其中在恒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制備的單電池的壽命相當(dāng)。
如上所述，可確認(rèn)，本發(fā)明的電極組件提高了電池制備的加工性，同時降低了初始電阻并具有優(yōu)異的電池壽命。