CN101499523A - 电极组件和具有该电极组件的二次电池 - Google Patents

电极组件和具有该电极组件的二次电池 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电极组件以及包括该电极组件的二次电池。二次电池的电极组件包括：包括阴极活性材料层的阴极；包括阳极活性材料层的阳极；和在彼此面对的阴极和阳极的至少一个表面上形成的陶瓷涂层。所述陶瓷涂层包括陶瓷粉末和粘合剂。所述陶瓷粉末的比表面积大于1.5m2/g且小于15.0m2/g，并且在所述陶瓷粉末的粒径分布中，D10值大于0.05μm且D90值小于3.0μm。

Description

电极组件和具有该电极组件的二次电池
对相关申请的交叉引用
本申请基于2008年1月11日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请2008-3489号主张权益，其公开内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明的各方面涉及二次电池，更具体地，涉及通过包括陶瓷涂层而显著改善热稳定性的电极组件以及具有所述电极组件的二次电池。
背景技术
通常，与仅能使用一次的一次性电池相比，二次电池可通过充电重复使用。二次电池通常用作通信、信息加工以及音频/视频等便携式设备的主电源。最近，已将大量的注意力集中于二次电池上，而且因为其作为电源具有超轻型的重量、高能量密度、高输出电压、低自放电率、环境友善以及长寿命，所以二次电池已被快速开发。
根据电极活性材料，可将二次电池分为镍-氢(Ni-MH)电池和锂离子(Li-离子)电池。特别地，根据使用电解质的种类，也可将锂离子电池分为使用液体电解质的电池和使用固体聚合物电解质的电池或使用凝胶相电解质的电池。此外，根据容纳电极组件的容器形状，可将锂离子电池分为罐型和袋型。
因为其单位重量的能量密度远高于一次性电池，所以锂离子电池可提供超轻电池。锂离子电池的电池平均电压和诸如NiCd电池或镍-氢电池等其它二次电池的平均电压分别为3.6V和1.2V。因此，锂离子电池比其它二次电池紧密3倍。此外，对应于NiCd电池或镍-氢电池中约1/3的自放电率，在20℃下的一个月内，锂离子电池的自放电率低于5％。因为不使用例如隔(Cd)或汞(Hg)等重金属，所以锂离子电池是环境友好的，并且还具有在正常条件下可再充电超过1000次的优点。因此，锂离子由于上述优点已被迅速开发以跟上信息和通信技术的最近发展。
在常规的二次电池中，通过以下步骤形成裸电池：在铝或铝合金制备的罐中提供包括阴极板、阳极板和隔板的电极组件，使用盖组件盖住所述罐的上部开口，向所述罐中注入电解质，以及密封所述罐。
隔板是用以防止阴极板和阳极板间电短路的聚烯烃型薄膜隔板。此外，隔板本身还充当防止电池过热的安全设备。特别是在电池温度由于任一原因，例如外部热传导而突然升高时，隔板的微孔被关闭。然而，隔板可能会由于电池温度在一段长时期内的持续升高而损坏。
此外，由于电池的高电容量，当大电流在短时间内流入二次电池时，即使所述隔板的微孔被关闭，但如果电池温度没有因断电而降低，则所述隔板可能会被已产生的热量继续熔化。因此，增大了由于所述隔板损坏而导致电短路的可能性。
为了解决薄膜隔板的热问题，已提出了通过在电极上涂布由陶瓷粉末、粘合剂和溶剂形成的浆料而在电极上形成陶瓷涂层，从而改善对内部短路保护的方法。
然而，为了实现上述二次电池所需的热稳定性，需要陶瓷涂层应均匀涂覆而无缺陷。换句话说，需要将陶瓷粉末在电极活性材料上涂为均匀厚度而没有如未涂覆部分、小孔和裂纹等缺陷。
如果在陶瓷涂层上存在未涂覆部分、小孔和裂纹，电流可能会集中在缺陷部分并产生内部短路。由于电极活性材料的热分解和由短路产生的初热造成的电解质的分解，二次电池可能会起火或发生爆炸。
发明内容
本发明的各方面提供一种通过包括陶瓷涂层能够显著改善热稳定性的电极组件以及具有所述电极组件的二次电池。
在以下描述中将部分陈述本发明的附加和/或其它优点、目地和特征，且基于以下检验，本发明的部分内容对本领域的普通技术人员是显而易见的，或者可从本发明的实践中掌握。
根据本发明的一个实施方式，提供了一种电极组件，包括：包含阴极活性材料层的阴极；包含阳极活性材料层的阳极；以及在彼此面对的阴极和阳极的至少一个表面上形成的陶瓷涂层。所述陶瓷涂层包括陶瓷粉末和粘合剂，其中所述陶瓷粉末的比表面积大于1.5m2/g且小于15.0m2/g。
根据本发明的一个方面，所述陶瓷涂层可通过在阴极或阳极上涂布包含陶瓷粉末、粘合剂和溶剂的陶瓷浆料来形成。所述陶瓷浆料的粘度可以为20～3,000cps。涂布后干燥的陶瓷涂层的厚度分布可小于10％。
根据本发明的一个方面，所述陶瓷粉末可以为选自氧化铝、二氧化硅、氧化锆、沸石、氧化镁、氧化钛和钛酸钡中的至少一种粉末，并且所述粘合剂可以是丙烯酸酯类橡胶。
根据本发明的另一个实施方式，提供了一种电极组件，包括：包含阴极活性材料层的阴极；包含阳极活性材料层的阳极；以及在彼此面对的阴极和阳极的至少一个表面上形成的陶瓷涂层。所述陶瓷涂层包括陶瓷粉末和粘合剂，其中所述陶瓷粉末的粒径分布具有大于0.05μm的D10值和小于3.0μm的D90值。
根据本发明的一个方面，所述陶瓷涂层可通过在阴极或阳极上涂布经混合陶瓷粉末、粘合剂和溶剂而制备的所述陶瓷浆料来形成。所述陶瓷浆料的粘度可以为20～3,000cps。涂布后干燥的陶瓷涂层的厚度分布可小于10％。
根据本发明的一个方面，所述陶瓷粉末可以为选自氧化铝、二氧化硅、氧化锆、沸石、氧化镁、氧化钛和钛酸钡中的至少一种粉末，并且所述粘合剂可以是丙烯酸酯类橡胶。
根据本发明的又一个实施方式，提供了一种电极组件，包括：包含阴极活性材料层的阴极；包含阳极活性材料层的阳极；以及在彼此面对的阴极和阳极的至少一个表面上形成的陶瓷涂层。所述陶瓷涂层包括陶瓷粉末和粘合剂，其中所述陶瓷粉末的比表面积大于1.5m2/g且小于15.0m2/g，并且所述陶瓷粉末的粒径分布具有大于0.05μm的D10值和小于3.0μm的D90值。
根据本发明另一个实施方式，提供了一种二次电池，包括：电极组件；容纳所述电极组件的罐；以及密封所述罐的盖组件，其中所述电极组件是如上所述的电极组件。
在以下文的描述说明中将部分地描陈述了本发明的其它的方面和/或优点，并且部分内容基于本从文描述中是显而易见的，或者可通过本发明的实践而掌握是显而易见的。
附图说明
结合附图，从以下实施方式的描述中，本发明的这些和其它方面和优点会变得显而易见并更容易理解，其中：
图1为表示根据本发明实施方式的二次电池的分解透视图；和
图2为表示图1中“A”区域的放大图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施方式，其实施例表示在附图中，其中相同的标记在全文中指代相同元件。以下通过参照附图来描述实施方式以解释本发明。
图1为表示根据本发明实施方式的二次电池的分解透视图，图2为表示图1中“A”区域的放大图。
参照图1和图2，所述二次电池包括罐100、容纳在罐中且包括陶瓷涂层215的电极组件200、以及密封罐开口的盖组件300。应该理解的是，尽管图1和图2中表示的是矩形二次电池，但根据本发明各方面的电池可具有其它形状和结构。
罐100可由大致为长方体形状的金属制造，但不限于此。罐100本身可充当端子。此外，罐100可包括用于增加热辐射面积的预定形状的热辐射区域面积扩大单元(未图示)，以便易于将罐内产生的热释放到外部。罐100包括上部开口101，通过上部开口101接收电极组件200。
盖组件300包括电极端子330、盖板340、绝缘板350和端子板360。盖组件300在通过单独的绝缘盒370与电极组件200绝缘的同时，连到罐100的上部开口101上，从而密封罐100。
电极端子330通过连接稍后将描述的阴极的阴极接头217或稍后将描述的阳极220的阳极接头227，起到阴极端子或阳极端子的作用。
盖板340由具有与罐100的上部开口101相应的尺寸和形状的金属板形成。在盖板340的中心形成预定尺寸的端子通孔341。电极端子330被插入到端子通孔341中。当电极端子330被插入到端子通孔341中时，与电极端子330外表面接触的管状密封垫335也被插入到端子通孔341中。可在盖板340的一侧形成预定尺寸的电解质注入孔342，并且可在另一侧形成安全排气口(未图示)。可通过提供盖板340局部表面的减少的厚度部分，使所述安全排气口与盖板340整体形成。将盖组件320连到上部开口101后，通过电解质注入孔342注入电解质。然后，通过塞343密封电解质注入孔342。
以果冻卷形缠绕的电极组件200可包括阴极210、阳极220和在彼此面对的阴极和阳极的至少一个表面上形成的陶瓷涂层215。此外，该二次电池可进一步包括插入阴极210和阳极220之间的隔板230，并如图所示缠绕在一起。然而，隔板230可省略。
阴极210包括由铝箔制成的阴极集流体211和阴极活性材料层213，其中阴极活性材料层213包含作为涂布在阴极集流体211两个表面上的主要组分氧化锂，例如LiCoO2。阴极未涂覆部分(未图示)分别形成在阴极集流体211的两端。阴极未涂覆部分是在阴极210一个或两个表面上没有形成阴极活性材料层213的区域。阴极接头217(未图示)装备在阴极未涂覆部分上。绝缘带218缠绕在伸出电极组件200的阴极接头217的一部分上以防止短路。
阳极220包括由薄铜箔制成的阳极集流体221和阳极活性材料层223，其中阳极活性材料层223包含涂布在阳极集流体221两个表面上作为主要组分的碳质材料，例如石墨。阳极未涂覆部分(未图示)分别形成在阳极集流体221的两端。阳极未涂覆部分是在阳极220一个或两个表面上没有形成阳极活性材料层223的区域。阳极接头227(未图示)装在阳极未涂覆部分上。绝缘带缠绕在伸出电极组件200的阳极接头227的一部分上以防止短路。
陶瓷涂层215通过在彼此面对的阴极和阳极的至少一个表面上涂布陶瓷浆料来形成，其中所述陶瓷浆料通过混合粘合剂、溶剂和陶瓷粉末而制成。
例如，在通过层叠和缠绕两个电极形成的果冻卷形电极组件中，可通过i)在两个电极的各外表面形成陶瓷涂层，或ii)在两个电极的各内表面形成陶瓷涂层，或iii)两个电极之一的内外表面均形成陶瓷涂层，从而在彼此面对的阴极和阳极的至少一个表面上形成陶瓷涂层215。
参照图2，如上述情况iii)的实施例中，陶瓷涂层215形成在阴极210的内外表面上，但本发明的各方面不限于此。
陶瓷涂层215可起到薄膜隔板的作用，从而可以省略由聚丙烯(PP)或聚乙烯制备的薄膜隔板230。
陶瓷涂层215中的陶瓷粉末包括选自由氧化铝、二氧化硅、氧化锆、沸石、氧化镁、氧化钛和钛酸钡构成的组中的至少一种粉末。这些材料的分解温度高于1,000℃。因此，通过使用陶瓷涂层215形成的二次电池的热稳定性被明显改善。
聚烯烃类薄膜隔板230的问题是在高温下，例如在高于100℃的温度下收缩或熔化。然而，涂布于阴极活性材料层213或阳极活性材料层223并与电极210和220整合的陶瓷涂层215具有优异的耐热性。因此，在发生内部短路时，甚至在温度升高至超过100℃时，陶瓷涂层215也不会收缩或熔化。此外，当PP或PE制成的聚烯烃类薄膜隔板230被内部短路损坏时，薄膜隔板周边区域随后由于内部短路时的初热发生而收缩或熔化。因此，薄膜隔板230的烧毁或熔化部分变宽，由此导致更为严重的短路。然而，在包括陶瓷涂层215的电极210中，即使发生内部短路，仅在短路周围的一小部分受到损坏，而陶瓷涂层215的周边区域则不会发生收缩或熔化。因此，内部短路部分不会扩大。
此外，通过包括高孔隙率的陶瓷粉末可提供具有高充电/放电率的二次电池。因为陶瓷涂层215快速吸收电解质，所以可改善电解质注入速度。因此，可改善二次电池的生产率。此外，随着此后的充电/放电循环，电极板间的电解质可逐渐分解并耗尽。具有高吸收性能的陶瓷涂层215可吸收其周围的电解质，并向电极提供电解质。因此，电池寿命被改善。
如上所述，可使用陶瓷涂层215替代由PP或PE制成的聚烯烃类薄膜隔板230。或者，聚烯烃类薄膜隔板230和陶瓷涂层215一起使用以提高安全性。
形成陶瓷浆料的溶剂可包括选自由NMP(N-甲基吡咯烷酮)、环己酮、水、甲苯和二甲苯构成的组中的至少一种溶剂。该溶剂在充当分散介质促进陶瓷粉末和粘合剂分散后，在干燥过程中全部蒸发。由此，陶瓷粉末和粘合剂形成陶瓷涂层。
根据陶瓷粉末和粘合剂的种类可改变陶瓷粉末与粘合剂的最佳重量比。粘合剂可以以维持最小粘合力的量使用，以防止陶瓷粉末的分离。例如，粘合剂可以以低于陶瓷粉末和粘合剂总重量的10％的量使用。该粘合剂是包含碳的有机物，并可由橡胶形成。作为非限制性实例，粘合剂可以是一种或多种的以下化合物或者由该化合物形成的聚合物，所述化合物包括：丙烯酸-2-乙基己酯、丙烯酸甲氧基甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸甲氧基乙酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸乙氧基乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁氧基乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸甲氧基乙氧基乙酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸乙烯酯、丙烯酸乙烯酯、2-氯乙基乙烯基醚、甲基丙烯酸烯丙酯、氯乙酸乙烯酯、双环戊烯基氧乙基丙烯酸酯、氯乙酸丙烯酸酯、甲基丙烯酸1，1-二甲基丙烯酯、氯甲基苯乙烯、丙烯酸1，1-二甲基丙烯酯、缩水甘油基丙烯酸酯、乙烯基缩水甘油基醚、丙烯基缩水甘油基醚、甲基丙烯基缩水甘油基醚、丙烯酸、马来酸酐、丙烯腈、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸3，3-二甲基丁烯酯、衣康酸二乙烯酯、马来酸二乙烯酯、乙烯基-1，1-二甲基丙烯基醚、乙烯基-3，3-二甲基丁烯基醚、1-丙烯酰基氧-1-苯乙烯(1-acryloyloxy-1-phenylethene)、丙烯酸3，3-二甲基丁烯酯和甲基丙烯酸甲酯。作为特定的、非限制性实例，粘合剂可为丙烯酸丁酯。通常，由于发生内部短路而使二次电池温度增加至超出粘合剂分解温度时，粘合剂会发生燃烧。因此，由于陶瓷粉末是无机金属氧化物，并具有温度高于1,000℃的耐热性，所以需要陶瓷粉末占大于陶瓷粉末和粘合剂总重量的90％。
因此，通过陶瓷粉末可确定陶瓷浆料的性能。陶瓷粉末应该无缺陷地均匀涂布以改善上述二次电池的热稳定性。换句话说，应将陶瓷粉末以非常平均的厚度涂布在电极活性材料上而没有如未涂覆部分、小孔和裂纹等缺陷。
因此，应控制陶瓷粉末的物理性质。陶瓷浆料的流动性、稳定性和可分散性是将被考虑的相关考虑事项。陶瓷涂层的质量受上述性质影响。
术语“流动性”是指表示能够通过粘度确定的浆料运动程度的性质。低粘度表示高流动性，而高粘度则表示低流动性。
术语“稳定性”是指混合陶瓷粉末、溶剂和粘合剂的均匀程度。如果没有均匀混合，在溶剂和粘合剂、溶剂和陶瓷粉末之间将分别产生离层，这可通过沉降试验确定。沉降试验通过将陶瓷浆料放在量筒中，然后在预定时间后确定离层的变化来进行。轻质材料浮到上层，而重质材料则沉降到较低层。如果溶剂、粘合剂和陶瓷粉末被均匀混合，则不会发生离层。
术语“分散性”是指陶瓷粉末均匀地分散在溶剂和粘合剂之间而不聚集的程度。如果陶瓷粉末聚集或未溶解，则所述陶瓷粉末会形成大颗粒。大颗粒的存在会产生小孔、条纹和粒状凸起。分散性通过使用间隙规确定陶瓷浆料中的粒径来测定。
上述物理性质受陶瓷粉末的比表面积和粒径分布影响。因此，二次电池的寿命和热稳定性通过控制陶瓷粉末的比表面积和粒径分布能够改善。
作为非限制性实例，陶瓷涂层所包括的陶瓷粉末的比表面积可大于1.5m2/g且小于15.0m2/g。陶瓷粉末的粒径分布可具有大于0.05μm的D10值和小于3.0μm的D90值。
术语“比表面积”是指每单位重量的全部表面积，单位用作m2/g。通常，比表面积大时，粉末具有小粒径且孔隙较多。另一方面，比表面积小时，粉末具有大粒径且孔隙较少。因此，比表面积和孔隙度与粒径成反比。
如果陶瓷粉末的比表面积大于15.0m2/g，在加入预定量的粘合剂后，则由于粘合剂附着于颗粒的宽表面上而不保留在陶瓷浆料的溶剂中，所以浆料的粘度会下降。由此，当陶瓷涂层涂布到活性材料上时，陶瓷涂层和活性材料层间的界面粘合力或陶瓷粉末颗粒间的粘合力将下降。
相反，如果陶瓷粉末的比表面积小于1.5m2/g，在加入预定量的粘合剂后，由于粘合剂保留在陶瓷浆料的溶剂中，所以浆料的粘度会增加。这样，当陶瓷涂层涂布到活性材料上时，残留的粘合剂硬化并充当牵引活性材料层的应力，从而降低电极集流体与活性材料层间的粘合力。因此，陶瓷粉末的比表面积可选择大于1.5m2/g且小于15.0m2/g。
陶瓷浆料的粘度可以是20～3000cps。如果陶瓷浆料的粘度小于20cps，则由于粘度低而很难进行涂布。如果陶瓷浆料的粘度大于3000cps，则由于粘度高而很难进行涂布。
此外，如果粒径分布具有小于0.05μm的D10值，这表明存在很多微细粒。如果存在有大量细粒，这些细粒易于彼此聚集而形成颗粒。由此，很难形成均匀分散的浆料。浆料的粘度也会因细粒而升高。在最差时，浆料随时间流逝而部分胶凝。颗粒通过细粒聚集而形成，而条纹则由颗粒形成。由此，涂层质量变差。在最差的情况下，当涂布胶凝的浆料时，涂层的厚度不平均并且产生很多缺陷。
另一方面，如果粒径分布均具有大于3μm的D90值，这表明存在大粒子。当浆料由具有大于3μm的D90值的陶瓷粉末形成时，大颗粒由于其高密度而沉降到下层。由此，在浆料中发生离层现象。因此，浆料变得不稳定。此外，大粒子本身形成颗粒。由此使涂层质量下降。因此，陶瓷粉末的粒径分布可具有大于0.05μm的D10值和小于3.0μm的D90值。
由具有上述比表面积和粒径分布的陶瓷粉末形成的陶瓷涂层的厚度分布可小于10％。更需要陶瓷涂层的更小厚度分布。因此，没有必要设定厚度分布的下限值。
如上所述，在电极组件和具有该电极组件的二次电池中，通过控制陶瓷粉末的比表面积和粒径分布，可在电极上将陶瓷粉末涂布为没有诸如小孔和裂纹等缺陷的均匀厚度。因此，通过防止电流在有缺陷部分集中来防止内部短路的发生。因此，能够防止活性材料和电解质的热分解，以及二次电池的燃烧或爆炸。
此外，陶瓷涂层以均匀的厚度涂布。因此，在以果冻卷形缠绕电极板时，可精确地形成所需尺寸的电极板。换句话说，可降低形成薄于所需厚度的陶瓷涂层的可能性，并由此降低在实施外部冲击或振动时产生电短路的可能性。此外，在陶瓷涂层形成太厚时，不可能将电极组件插入到罐中，或者可能需要对电极组件施加较大的外力。然而，根据上述各方面的电极组件可防止上述损坏。
根据以下实验可更详细地解释陶瓷粉末的物理性质。
根据以下对比例和实验例，测定了陶瓷粉末的一系列物理性质以及由所述陶瓷形成的陶瓷浆料的物理性质和由所述陶瓷浆料形成的陶瓷涂层的物理性质。对比例1至16涉及具有小比表面积(不超过1.50m2/g)或大比表面积(不小于15.0m2/g)的陶瓷粉末。实验例1至16涉及比表面积在大于1.50m2/g和小于15.0m2/g范围内的陶瓷粉末。
首先，陶瓷浆料通过用粘合剂(丙烯酸丁酯)和溶剂(NMP)混合陶瓷粉末来制备，其中陶瓷粉末量为95重量％，粘合剂量为5重量％，且溶剂量为陶瓷粉末和粘合剂的重量的400wt％。接着，测定各陶瓷浆料的流动性、稳定性和分散性，然后，将陶瓷涂层涂布到阳极板的活性材料层上并干燥。陶瓷涂层的涂层质量通过厚度均匀性和缺陷形成可确定。换句话说，厚度均匀且不存在缺陷时，涂层质量良好。
根据图2构造电池，各电池具有通过在阴极的两个表面上涂布对比例或试验例的陶瓷浆料之一而形成的陶瓷涂层。在所有的实施例中，阳极活性材料层213包括LiCoO2，而阴极活性材料层223包括石墨。
[实验1]
在实验1中，根据陶瓷粉末的比表面积测定陶瓷浆料的粘度、离层、颗粒形成、陶瓷涂层的厚度均匀性和陶瓷涂层的缺陷。此外，对由陶瓷浆料形成的电池进行钉子贯入试验、150℃贯入试验和棒挤压试验。表1显示了根据陶瓷粉末的比表面积测定的陶瓷浆料的粘度、离层、颗粒形成、陶瓷涂层的厚度均匀性、陶瓷涂层的缺陷和电池试验结果。
使用N2，通过Micromeritics公司(USA)的ASAP2020表面分析仪测定陶瓷粉末的比表面积。
通过使用#62锭子在50rpm下，由Brookfield(USA)DV-II+PRO粘度计在25℃测定陶瓷浆料的粘度。还注意到在陶瓷浆料的测定粘度小于20cps时，很难用陶瓷浆料形成涂层。在这种情况下，该结果记录为NG。粘度为20～3000cps的陶瓷浆料适于形成涂层，粘度在此范围内的陶瓷浆料标记为OK。陶瓷浆料的粘度大于3000cps时，也很难形成涂层，该结果标记为NG。
为了测定稳定性，将10ml陶瓷浆料放在10ml的量筒中。然后，在3天后用肉眼确定是否离层。如果浮在上面的溶剂层的高度超过全部陶瓷浆料高度的10％，则确定存在离层。如果未产生离层，则陶瓷浆料标记为OK，而在离层产生时，陶瓷浆料标记为NG。如果陶瓷浆料发生胶凝，即便未产生离层，也将该陶瓷浆料标记为NG。
通过控制间隙规的间隙将陶瓷浆料涂布为所需厚度。然后，通过肉眼确定陶瓷浆料颗粒的形成。如果由于存在大于间隙规间隙的颗粒而在涂层中形成条纹，则将该样品标记为NG。如果条纹不存在，则将样品标记为OK。
将陶瓷浆料涂布到薄铜箔基体材料并随后干燥后，测定陶瓷涂层的厚度均匀性。当厚度分布小于10％时，将样品标记为OK，而在厚度分布不小于10％时，将样品标记为NG。
将小孔、裂纹、未涂覆部分和条纹定义为缺陷。在缺陷面积小于标准面积5％时，将样品标记为OK，而在缺陷面积不小于标准面积5％时，将样品标记为NG。
在电池试验中，钉子贯入试验通过将电池过充电至120％并用钉子贯入电池来进行。每个实施例检测30个电池。如果在30个电池中，多于24个电池没有发生爆炸，将结果标记为OK；否则，将结果标记为NG。
150℃贯入试验通过将电池充电至100％，以5℃/min的速率将电池加热至150℃，并在150℃下静置电池1小时来进行。每个实施例检测30个电池。如果在30个电池中，多于24个电池没有发生爆炸，将结果标记为OK；否则，将结果标记为NG。
棒挤压试验通过将电池充电至100％，将直径为5mm的铁棒放置在电池上，并从1m的高度向铁棒下落9kN的铁块来进行。每个实施例检测30个电池。如果在30个电池中，多于24个电池没有发生爆炸，将结果标记为OK；否则，将结果标记为NG。
表1
Figure A200910000350D00171
Figure A200910000350D00181
参照表1，在对比例1至16中使用具有小比表面积(不超过1.50m2/g)或大比表面积(不小于15.0m2/g)的陶瓷粉末时，浆料的物理性质不好，由此涂层质量是不合乎需要的。
相反，实验例1～16中具有大于1.5m2/g和小于15.0m2/g比表面积的浆料的物理性质和涂层质量良好。
[实验2]
在实验2中，根据陶瓷粉末的粒径分布测定陶瓷浆料的粘度、离层、颗粒形成、陶瓷涂层的厚度均匀性和陶瓷涂层的缺陷。此外，对由陶瓷浆料形成的电池进行上述的钉子贯入试验、150℃贯入试验和棒挤压试验。表2显示了根据陶瓷粉末的粒径分布测定的陶瓷浆料粘度、离层、颗粒形成、陶瓷涂层的厚度均匀性、陶瓷涂层的缺陷和电池试验结果。
使用Microtrack株式会社(日本)的HRA型粒径分布分析仪测定陶瓷粉末的粒径分布。D10和D90值分别表示相对粒子含量的粒径分布的10％和90％。陶瓷浆料粘度、离层、颗粒形成、陶瓷涂层的厚度均匀性和陶瓷涂层的缺陷的测定条件与实验1相同。
表2
Figure A200910000350D00191
Figure A200910000350D00201
对比例17、19、21、23、25、27、29和31涉及具有不超过0.05μm的D10粒径分布的陶瓷粉末，而对比例18、20、22、24、26、28、30和32涉及具有不低于3μm的D90粒径分布的陶瓷粉末。实验例17～32涉及具有大于0.05μm的D10值且小于3μm的D90值的陶瓷粉末。
参照表2，在对比例17～32中，D10值小于0.05μm或D90值大于3μm时，浆料的物理性质不好，由此涂层质量是不合乎需要的。
相反，实验例17至32中浆料的物理性质和涂层质量较好。
[实验3]
在实验3中，根据陶瓷粉末的比表面积和粒径分布测定陶瓷浆料的粘度、离层、颗粒形成、陶瓷涂层的厚度均匀性和陶瓷涂层的缺陷。此外，对由陶瓷浆料形成的电池进行钉子贯入试验、150℃贯入试验和棒挤压试验。结果表示在表3中。
表3
Figure A200910000350D00211
对比例33～48涉及具有不超过1.5m2/g或不小于15.0m2/g的比表面积，且D10不超过0.05μm或D90不小于3μm的粒径分布值的陶瓷粉末。
实验例33～48涉及具有大于1.5m2/g且小于15.0m2/g的比表面积，并且D10大于0.05μm或D90小于3μm的粒径分布值的陶瓷粉末。
参照图3，确认即使同时限制陶瓷粉末的比表面积和粒径分布，所需的浆料物理性质和涂层质量的范围也未变窄。换句话说，在陶瓷粉末的粒径分布中，大于0.05μm的D10值和小于3μm的D90值的组合与大于1.5m2/g且小于15.0m2/g的比表面积相对应。这就是陶瓷粉末的粒径分布与比表面积成反比的原因。确认比表面积和粒径分布独立地确定陶瓷浆料的物理性质和涂层质量。换句话说，具有在上述比表面积限定内的比表面积的陶瓷粉末也具有在上述粒径分布限定内的粒径分布。
如上所述，根据本发明各方面的电极组件和包括该电极组件的二次电池产生以下效果。通过控制陶瓷粉末的比表面积和粒径分布，可在电极上将陶瓷粉末涂布为没有诸如小孔和裂纹等缺陷的均匀厚度。此外，可在电极上以没有缺陷的均匀厚度形成陶瓷涂层。因此，即使在隔板熔化导致内部短路时，也可通过防止在缺陷部分集中的电流而能够防止内部短路的扩大。此外，通过防止内部短路的扩大而能够防止活性材料和电解溶解的热分解以及二次电池的燃烧或爆炸。
虽然已展示并描述了本发明的若干实施方案，但本领域技术人员应理解的是，可在本实施方案之内进行变更而不背离本发明的原则和精神，本发明的范围由权利要求书及其等价物限定。

Claims (21)

1、一种电极组件，包括：
包括阴极活性材料层的阴极；
包括阳极活性材料层的阳极；和
在彼此面对的所述阴极和所述阳极的至少一个表面上形成的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括陶瓷粉末和粘合剂，
其中所述陶瓷粉末的比表面积大于1.5m2/g且小于15.0m2/g。
2、如权利要求1所述的电极组件，其中所述陶瓷涂层通过在阴极和阳极的至少一个上涂布陶瓷浆料形成，所述陶瓷浆料包括陶瓷粉末、粘合剂和溶剂。
3、如权利要求2所述的电极组件，其中所述陶瓷浆料的粘度是20～3,000cps。
4、如权利要求1所述的电极组件，其中所述陶瓷涂层的厚度分布小于10％。
5、如权利要求1所述的电极组件，其中所述陶瓷粉末包括选自由氧化铝、二氧化硅、氧化锆、沸石、氧化镁、氧化钛和钛酸钡构成的组中的至少一种粉末。
6、如权利要求1所述的电极组件，其中所述粘合剂是丙烯酸酯类橡胶。
7、如权利要求1所述的电极组件，进一步包括在阳极和阴极之间的聚烯烃薄膜隔板。
8、如权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件在阳极和阴极之间不具有聚烯烃薄膜隔板。
9、如权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件以果冻卷形缠绕，且其中所述陶瓷涂层形成在阴极和阳极的外表面上。
10、如权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件以果冻卷形缠绕，且其中所述陶瓷涂层形成在阴极和阳极的内表面上。
11、如权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件以果冻卷形缠绕，且其中所述陶瓷涂层形成在阴极和阳极之一的内表面和外表面上。
12、一种电极组件，包括：
包括阴极活性材料层的阴极；
包括阳极活性材料层的阳极；和
在彼此面对的所述阴极和所述阳极的至少一个表面上形成的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括陶瓷粉末和粘合剂，
其中所述陶瓷粉末的粒径分布具有大于0.05μm的D10值和小于3.0μm的D90值。
13、如权利要求12所述的电极组件，其中所述陶瓷涂层通过在阴极和阳极的至少一个上涂布陶瓷浆料形成，所述陶瓷浆料包括陶瓷粉末、粘合剂和溶剂。
14、如权利要求13所述的电极组件，其中所述陶瓷浆料的粘度是20～3,000cps。
15、如权利要求12所述的电极组件，其中所述陶瓷涂层的厚度分布小于10％。
16、如权利要求12所述的电极组件，其中所述陶瓷粉末为选自由氧化铝、二氧化硅、氧化锆、沸石、氧化镁、氧化钛和钛酸钡构成的组中的至少一种粉末。
17、如权利要求12所述的电极组件，其中所述粘合剂是丙烯酸酯类橡胶。
18、一种电极组件，包括：
包括阴极活性材料层的阴极；
包括阳极活性材料层的阳极；和
在彼此面对的所述阴极和所述阳极的至少一个表面上形成的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括陶瓷粉末和粘合剂，
其中所述陶瓷粉末的比表面积大于1.5m2/g且小于15.0m2/g；和
其中所述陶瓷粉末的粒径分布具有大于0.05μm的D10值和小于3.0μm的D90值。
19、一种二次电池，包括：
电极组件；
容纳所述电极组件的罐；和
密封所述罐的盖组件，
其中所述电极组件，包括：
包括阴极活性材料层的阴极，
包括阳极活性材料层的阳极，和
在彼此面对的所述阴极和所述阳极的至少一个表面上形成的陶瓷涂层，所述陶瓷涂层包括陶瓷粉末和粘合剂，
其中所述陶瓷粉末的比表面积大于1.5m2/g且小于15.0m2/g；和
其中所述陶瓷粉末的粒径分布具有大于0.05μm的D10值和小于3.0μm的D90值。
20、一种二次电池，包括：
如权利要求1所述的电极组件；
容纳所述电极组件的罐；和
密封所述罐的盖组件。
21、一种二次电池，包括：
如权利要求12所述的电极组件；
容纳所述电极组件的罐；和
密封所述罐的盖组件。
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