雙向卷繞的電極組件及包括該電極組件的鋰二次電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請主張基于2014年10月7日提出的韓國專利申請第10-2014-0134776號的優(yōu)先權(quán)的利益，并且包含由該韓國專利申請的文獻所公開的所有內(nèi)容作為本說明書的一部分。
[0002]本發(fā)明涉及雙向卷繞的電極組件及包括該電極組件的鋰二次電池。
【背景技術(shù)】
[0003]由于化石燃料的枯竭，導(dǎo)致能源價格上升，并且，隨著對環(huán)境污染的關(guān)心增高，對環(huán)保替代能源的需求已成為未來生活的必需而又不可缺少的因素，尤其，由于移動設(shè)備的多功能化、高性能化、小型化等趨勢，對既小又具有高容量的二次電池的需求日益增加。
[0004]代表性地，在電池的形狀方面，對能夠以較薄的厚度適用于如手機等產(chǎn)品的方形二次電池和袋型二次電池的需求較高，在材料方面，對如具有較高的能源密度、放電電壓、輸出穩(wěn)定性等的鋰離子電池、鋰離子聚合物電池等鋰二次電池的需求較高。
[0005]并且，二次電池還可以根據(jù)正極/隔膜/負(fù)極結(jié)構(gòu)的電極組件以何種結(jié)構(gòu)形成來進行分類，代表性地大致分為呈長片型的正極和負(fù)極在介有隔膜的狀態(tài)下卷繞而成的結(jié)構(gòu)的卷型(jelly-roll，卷繞型)電極組件和堆疊型(stack，層疊型)電極組件，上述堆疊型電極組件是將剪切成規(guī)定大小的單位的多個正極和負(fù)極以介有隔膜的狀態(tài)依次層疊而成的結(jié)構(gòu)。
[0006]但是，這種以往的電極組件存在幾種問題。
[0007]第一，由于卷型電極組件將長片型的正極和負(fù)極卷繞成密集的狀態(tài)，并形成截面上呈圓筒形或橢圓形的結(jié)構(gòu)，因此由充放電時電極的膨脹及收縮引起的應(yīng)力積累于電極組件內(nèi)部，并且，若這種應(yīng)力的積累超過一定的極限，則發(fā)生電極組件的變形。由于上述電極組件的變形，導(dǎo)致如下問題:電極之間的間隔不均勻，性能急劇下降，并且因內(nèi)部短路，從而導(dǎo)致電池的安全性受到威脅。并且，由于需要卷繞長片型的正極和負(fù)極，因而難以將正極與負(fù)極的間隔保持為恒定并快速進行卷繞，因而也存在生產(chǎn)率下降的問題。
[0008]第二，由于堆疊型電極組件需要將多個正極及負(fù)極單體依次層疊，因而額外地需要用于制造單體的極板的傳遞工序，并且依次的層疊工序要求很多時間和勞力，因而存在生產(chǎn)率低下的問題。
[0009]為了解決這種問題，作為上述卷型和堆疊型的混合形態(tài)的結(jié)構(gòu)更進一步的電極組件，開發(fā)了將二分電池(b1-cell)或全電池(full cell)利用長度較長的連續(xù)性隔膜片來卷繞的結(jié)構(gòu)的堆疊/折疊型電極組件，上述二分電池或全電池是將規(guī)定單位的正極和負(fù)極在介有隔膜的狀態(tài)下進行層疊而成的。這種堆疊/折疊型電極組件在本申請的韓國專利第2001-0082058 號、第 2001-0082059 號及第 2001-0082060 號等已公開。
[0010]但是，這種堆疊/折疊形電極組件通過向單一方向卷繞二分電池或全電池而制成，因而隨著所層疊的二分電池或全電池的數(shù)量增加，隔膜片的重疊次數(shù)也增加，因而存在電極組件的整體寬度變厚、隨著卷繞次數(shù)增加而斜行的可能性增加的問題。
[0011]因此，當(dāng)前對于即使所層疊的二分電池或全電池的數(shù)量增加也可以使電極組件的整體寬度的增加最小化并可以防止卷繞過程中發(fā)生斜行的技術(shù)的需求很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]要解決的技術(shù)問題
[0013]本發(fā)明以解決如上所述的以往技術(shù)的問題和過去被提出的技術(shù)問題為目的。
[0014]具體地，本發(fā)明的目的在于，提供一種電極組件，在堆疊/折疊型電極組件中，即使所層疊的單元電池的數(shù)量增加，也可以使電極組件的寬度的增加最小化，并且即使在卷繞過程中卷繞次數(shù)增加，也可以防止發(fā)生斜行。
[0015]用于解決技術(shù)問題的手段
[0016]用于實現(xiàn)這種目的的本發(fā)明的電極組件可以包括:多個單元電池，形成為包括正極、負(fù)極和設(shè)在正極與負(fù)極之間的隔膜的結(jié)構(gòu)；及單個單位的分離片，設(shè)在上述單元電池之間，圍繞單元電池的側(cè)面，上述單元電池包括:從分離片的一側(cè)端部向中央側(cè)與分離片一同卷繞而形成第一層疊部的單元電池；從分離片的另一側(cè)端部向中央側(cè)與分離片一同卷繞而形成第二層疊部的單元電池；及在設(shè)置上述分離片的狀態(tài)下一面與第一層疊部相接且另一面與第二層疊部相接的相向單元電池，上述單元電池以具有相反極性的電極將分離片介于之間而相接的方式層疊。
[0017]因此，本發(fā)明的電極組件中，單元電池包括:從分離片的一側(cè)端部向中央側(cè)與分離片一同卷繞而形成第一層疊部的單元電池；及從分離片的另一側(cè)端部向中央側(cè)與分離片一同卷繞而形成第二層疊部的單元電池，因而相對于向單一方向卷繞的電極組件，即使所層疊的單元電池的數(shù)量增加，也可以使電極組件的寬度的增加最小化，并且即使在卷繞過程中卷繞次數(shù)增加，也可以防止發(fā)生斜行。
[0018]其中，電極組件的寬度可以表示單元電池的長度方向上的長度。
[0019]作為上述電極的一例，上述正極可以在正極集電體上形成有正極漿料層，上述負(fù)極可以在負(fù)極集電體上形成有負(fù)極漿料層。
[0020]具體地，上述正極可以在正極集電體的兩面形成有正極漿料層，上述負(fù)極可以在負(fù)極集電體的兩面形成有負(fù)極漿料層。
[0021]相反地，上述單元電池中位于特定部位的單元電池、即位于上述電極組件的最外側(cè)的單元電池中，形成電極組件的外表面的正極可以僅在正極集電體的一面形成有正極漿料層，形成電極組件的外表面的負(fù)極可以僅在負(fù)極集電體的一面形成有負(fù)極漿料層。
[0022]作為上述第一層疊部及第二層疊部的結(jié)構(gòu)關(guān)系的一例，形成第一層疊部的單元電池的數(shù)量可以為形成第二層疊部的單元電池的數(shù)量的0.5倍至1.5倍。
[0023]具體地，上述形成第一層疊部的單元電池的數(shù)量和形成第二層疊部的單元電池的數(shù)量可以相同。
[0024]作為上述第一層疊部及第二層疊部的卷繞結(jié)構(gòu)的一例，上述第一層疊部和上述第二層疊部的單元電池可以分別在與分離片的一面相接的狀態(tài)下卷繞。
[0025]具體地，上述第一層疊部的單元電池可以向第一方向卷繞，上述第二層疊部的單元電池可以向與第一方向相反的第二方向卷繞。
[0026]作為上述相向單元電池的一例，上述相向單元電池可以與上述第一層疊部和第二層疊部的單元電池所相接的分離片的一面的相向面相接。
[0027]具體地，在以作為第一層疊部的最終卷繞的單元電池的單元電池a與作為第二層疊部的最終卷繞的單元電池的單元電池b相向的方式設(shè)置第一層疊部和第二層疊部的狀態(tài)下，上述相向單元電池可以以分別設(shè)置分離片的狀態(tài)插入單元電池a與單元電池b之間。
[0028]更加具體地，可以以卷繞端部為中心，第一層疊部以垂直的方式向第二方向彎曲，第二層疊部以垂直的方式向第一方向彎曲，以使上述單元電池a和上述單元電池b彼此相向。
[0029]上述相向單元電池可以為以負(fù)極/隔膜/正極/隔膜/負(fù)極作為基本結(jié)構(gòu)的C型二分電池，上述單元電池a和上述單元電池b可以為以正極/隔膜/負(fù)極/隔膜/正極作為基本結(jié)構(gòu)的A型二分電池，相反地，上述相向單元電池可以為A型二分電池，上述單元電池a和上述單元電池b可以為C型二分電池。
[0030]單元電池a-Ι和單元電池b-Ι中的形成電極組件的外表面的電極可以為在一面涂敷電極合劑的電極，上述單元電池a-Ι在上述第一層疊部中與單元電池a相鄰，上述單元電池b-Ι在第二層疊部中與單元電池b相鄰。
[0031]上述隔膜或上述分離片可以選自由包含微孔的聚乙烯(polyethyle ne)膜、聚丙稀(polypropylene)膜或通過這些膜的組合而制造的多層膜及聚合物電解質(zhì)用聚合物膜組成的組，上述聚合物電解質(zhì)用聚合物膜由聚偏二氟乙稀(polyvinylidene fluoride)、聚氧化乙稀(polyethyle ne oxide)、聚丙稀腈(polyacrylonitrile)或聚偏二氟乙稀六氟丙稀(p olyvinylidene fluoride hexafluoropropylene)共聚物形成。
[0032]并且，本發(fā)明提供形成為上述電極組件內(nèi)置于電池殼體內(nèi)而浸漬于電解液并密封的結(jié)構(gòu)的鋰二次電池。
[0033]并且，本發(fā)明提供以將包括鋰二次電池作為單元電池為特征的電池模塊。
[0034]并且，本發(fā)明提供以將包括上述電池模塊作為電源為特征的設(shè)備。
[0035]上述設(shè)備可以選自電動汽車、混合動力汽車、插電式電動汽車或蓄電裝置等。由于這些設(shè)備的結(jié)構(gòu)及其制造方法在本技術(shù)領(lǐng)域中已公知，因而，在本說明書中將省略對此的詳細(xì)說明。
[0036]并且，作為上述電極組件的制造方法，本發(fā)明提供包括以下步驟的電極組件的制造方法:(a)制造多個單元電池，上述單元電池形成為包括正極、負(fù)極和介于正極與負(fù)極之間的隔膜的結(jié)構(gòu)；(b)在單個單位的分離片的上表面上排列上述單元電池；(c)從上述分離片的一側(cè)端部向中央側(cè)與分離片一同卷繞單元電池而形成第一層疊部；(d)從上述分離片的另一側(cè)端部向中央側(cè)與分離片一同卷繞單元電池而形成第二層疊部；(e)使相向單元電池位于上述分離片的下表面的中央部；及(f)將上述第一層疊部及第二層疊部向中央側(cè)卷繞，而使上述相向單元電池的一面與第一層疊部相接，使上述相向單元電池的另一面與第二層疊部相接。
[0037]具體地，在上述b步驟中，在進行卷繞時將位于電極組件的最外側(cè)的單元電池中，形成電極組件的外表面的正極可以僅在正極集電體的一面形成有正極漿料層，形成電極組件的外表面的負(fù)極可以僅在負(fù)極集電體的一面形成有負(fù)極漿料層。
[0038]并且，在上述c步驟及d步驟中，上述形成第一層疊部的單元電池的數(shù)量可以為形成第二層疊部的單元電池的數(shù)量的0.5倍至1.5倍。
[0039]在上述e步驟中，上述相向單元電池可以為以負(fù)極/隔膜/正極/隔膜/負(fù)極作為基本結(jié)構(gòu)的C型二分電池。
[0040]發(fā)明效果
[0041]