CN102334216A - 高功率锂二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包含电极组件的二次电池。所述电极组件包含正极、负极和隔膜。所述正极包含正极未涂覆部，所述正极未涂覆部为正极集电极的一部分中未涂覆活性材料的部分。所述负极包含负极未涂覆部，所述负极未涂覆部为负极集电极的一部分中未涂覆活性材料的部分。所述未涂覆部布置在所述电极纵向上的所述电极组件的上部和下部中的至少一个部分中。正极极耳和负极极耳连接至所述未涂覆部。所述隔膜为复合多孔隔膜，其包含涂覆有粘合剂聚合物或由粘合剂聚合物和无机粒子形成的有机/无机混合物的基材。本发明的电极组件具有通过隔膜将正极和负极集成到一起的层压结构。由此，电极组件在后续的制造二级电池的工艺中具有优点，能制造安全性改善的二次电池。

Description

高功率锂二次电池
技术领域
本发明涉及高功率锂二次电池，更特别地，涉及包含复合多孔隔膜、正极和负极的高功率锂二次电池，所述复合多孔隔膜包含涂覆有粘合剂聚合物或粘合剂聚合物/无机粒子的混合物的基材，所述正极和负极包含未涂覆活性材料并布置在电极组件的上部和下部中的至少一个中且不在电极组件卷绕末端中的未涂覆部，其中正极极耳(tab)和负极极耳连接至所述未涂覆部。仅有未涂覆部布置在果冻卷(jelly-roll)形状的上部和下部中的至少一个中，由此基本上提供了其中将正极、隔膜和负极一体化形成的层压结构，这缩短了电流应流过的距离，由此降低了电阻并提高了电池的输出。 
背景技术
随着近来人们对能量存储技术的兴趣的增加，对电池的研究和开发尝试变得更加令人关注。在这些情况下，电化学装置吸引了大部分注意力，且在这种装置中，人们对可再充电的二次电池的开发的兴趣最大。 
随着对便携式电子器件的需求的显著增加，对二次电池的需求也显著增加。在这种二次电池中，具有高能量密度、高放电电压和优异的输出稳定性的锂二次电池取得了显著的领先。 
高功能和微型化电子器件的制备导致要求二次电池也具有高性能、微型尺寸并可以以多种形式获得。例如，由于笔记本计算机的厚度主要取决于其二次电池的尺寸，所以正在进行多种研究尝试以降低二次电池的厚度，提高其容量和性能、并改变其形状。另外，随着环境成为更严重的忧虑，加速了使用二次电池的电动车辆和混合电动车 辆的开发，以解决全球变暖问题。 
锂二次电池包含电解质和浸入所述电解质中的电极组件。所述电极组件包含：涂覆有正极混合物的正极，所述正极混合物包含锂过渡金属氧化物作为活性材料；涂覆有负极混合物的负极，所述负极混合物包含碳类活性材料；和隔膜。由于锂离子通过电解质进行迁移，所以如果电解质发生泄漏，则锂过渡金属可能暴露在空气中而造成电池爆炸。此外，由电池过充电造成的化学反应可能增加电池壳的内压，从而导致电池爆炸。为了解决这些问题，锂离子电池需要一种保护电路。就这点而论，由于锂离子电池具有爆炸的可能，所以以具有保护电路的包的形式提供商业化的锂离子电池。 
安全性是使用非水电解质的锂或锂离子电池的最重要因素。其中，特别重要的是阻止短路和过充电。 
根据用于这种二次电池的正极、负极和电解质的材料，将这种二次电池分为镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锂聚合物电池，根据其形状，将电池进一步分为圆柱形电池、棱形电池和袋形电池。 
关于电池的形状，棱形电池和袋形电池的需求量高，所述电池薄且能够用于诸如移动式电话的产品中。在材料方面，具有高能量密度、高放电电压和优异安全性的锂离子电池如锂钴聚合物电池是受欢迎的。 
对二次电池的研究的主要领域是提高安全性。当锂二次电池在异常条件如内部短路、在电流和电压超过允许阀值的充电状态中运行时，当暴露在高温下或经受因降落而造成的碰撞时，电池的内部温度和压力可能升高，从而导致电池爆炸。 
图1是说明相关领域中典型构造的袋形聚合物二次电池100的示 意图。参考图1，所述袋形聚合物二次电池100包含袋形电池壳10和电极组件50。所述壳10包含具有上片10a和下片10b的铝层压片。所述壳10用于容纳电极组件50，所述电极组件50包含正极、负极和布置在其间的隔膜(未示出)，且将所述壳10密封，使得连接至电极组件50的正极极耳21和负极极耳31的电极导线22和32露在所述壳10的外部。 
在如图1中所示的典型的袋形聚合物二次电池中，对正极、隔膜和负极进行堆叠，且各个正极和负极包含未涂覆部(极耳)。在这种情况下，将电极组件的各个层的正极极耳连接至正极导线，并将各个层的负极极耳连接至负极导线，由此降低电阻。 
图2、3和4是说明相关领域中具有果冻卷形状的棱形电池的示意图。利用位于其间的隔膜40对正极20和负极30进行卷绕。利用正极活性材料24对构成正极20的正极集电极23的两个表面中的至少一个表面进行涂覆。所述正极集电极23的活性材料涂覆起始部和活性材料涂覆末端部中的至少一个部具有未涂覆正极活性材料24的未涂覆部25。在图2中，在活性材料涂覆起始部和活性材料涂覆末端部两个部处都布置了未涂覆部25。 
构成负极30的负极集电极33的两个表面中的至少一个涂覆有负极活性材料34。所述负极集电极33的活性材料涂覆起始部和活性材料涂覆末端部中的至少一个部具有未涂覆负极活性材料34的未涂覆部35。在图2中，在负极集电极33的活性材料涂覆起始部和活性材料涂覆末端部这两个部处都布置了未涂覆部35。 
涂布到正极集电极23上的正极活性材料24和涂布到负极集电极33上的负极活性材料34具有预定的宽度，并以果冻卷形状对正极20和负极30进行卷绕以形成电池。负极活性材料34的宽度可大于正极活性材料24的宽度。 
所述负极30和正极20具有外部连接的端子。如图2中所示，将正极极耳22布置在未涂覆部25上，所述未涂覆部25是未涂覆正极活性材料24的起始部，并将负极极耳32布置在未涂覆部35上，所述未涂覆部35是未涂覆负极活性材料34的末端部。 
由此，当对正极20、负极30和布置在其间的隔膜40进行卷绕时，在未涂覆正极活性材料24的卷的起始部处布置未涂覆部25，并在未涂覆负极活性材料34的卷的末端部处布置未涂覆部35。因此，将以果冻卷形状卷绕的电极组件连接至作为外部端子的正极极耳22和负极极耳32。如图3中所示，将正极极耳22连接至果冻卷形状最内部的未涂覆部25，并将负极极耳32连接至果冻卷形状最外部的未涂覆部35。 
将按上述构造的电极组件容纳在如图4中所示的棱形电池中。 
如上所述，由于将正极极耳22和负极极耳23分别布置在起始部和末端部中，所以电流应流过的距离增大，由此电阻也增大。因此，按上述构造的电池可能不适合用于要求高输出功率的电动工具、电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)和插电式混合电动车辆(PHEV)。 
此外，在典型的棱形电池中，未将包含正极、隔膜和负极的电极组件一体化。如果对典型的棱形电池的电极组件进行一体化，则可有助于随后的工艺如极耳焊接工艺和将电极组件插入到外部部件中的工艺，能够抑制因充电和放电期间活性材料的收缩和膨胀所造成的电极组件的扭曲，并能够阻止因外部震动而造成的短路，由此提高了电池的安全性。 
因此，需要一种高功率二次电池，其包含具有通过隔膜而一体化的正极和负极的电极组件，且具有提高的加工性和安全性。 
发明内容
技术问题 
本发明的一个方面提供包含在电极的起始部或末端部之外的电极极耳的电极组件和高功率二次电池，其有助于在形成电极组件之后的后续工艺并可抵抗外部震动。 
技术方案 
根据本发明的实施方案，在电极的纵向上在电极的上部和下部中的至少一个中布置未涂覆部，而不是在正极或负极的集电极箔的起始或末端部上布置未涂覆部，并将活性材料涂布到所述未涂覆部之外。另外，将布置在电极上部和下部中的至少一个中的未涂覆部连接至电极极耳以缩短电流应流过的距离，由此降低电阻并提高电池的输出。 
根据本发明的实施方案，复合多孔隔膜包含涂覆有粘合剂聚合物或粘合剂聚合物与无机粒子的混合物的基材。通过对正极、负极和布置在其间的复合多孔隔膜进行卷绕而形成的电极组件具有通过压制加工而形成的一体化层压结构，由此有助于后续工艺并提高电池对外部震动的安全性。 
由此，本发明的实施方案提供一种缩短了电流应流过的距离、由此降低了电阻的电极组件；包含所述电极组件的高功率二次电池；和包含多个二次电池的中大型电池。 
有益效果 
根据本发明的实施方案，在电极的纵向上在电极组件的上部和下部中的至少一个中布置未涂覆部，并将所述未涂覆部连接至电极极耳，这缩短了电流应流过的距离，由此降低了电阻并提高了电池的输出。 
根据本发明实施方案的隔膜是包含涂覆有粘合剂聚合物的基材的隔膜、或包含涂覆有粘合剂聚合物和无机粒子形成的有机/无机混合物 的基材的复合隔膜，以提供其中将正极、隔膜和负极一体化形成的层压结构，由此有助于电池制造工艺并提高电池的性能和安全性。 
另外，由于通过热压制加工将包含复合多孔隔膜的果冻卷形电极组件一体化，所以能够将所述电极组件应用于袋形电池和棱形电池中。 
另外，由于根据本实施方案的电极组件具有其中通过隔膜将正极和负极一体化的层压结构，所以有助于制造二次电池的后续工艺并能够制造具有提高的安全性的二次电池。 
另外，在根据本发明实施方案的二次电池中，将连接至电极极耳的未涂覆部连续布置在电极组件的上部和下部中的至少一个中，由此阻止了因卷绕圈数的增大而导致的电阻的增大。 
由此，将根据本发明实施方案的二次电池相互连接以用作如下设备用中大型电池：需要高功率的由电动机提供功率的电动工具；包括混合电动车辆(HEV)和插电式混合电动车辆(PHEV)的电动车辆(EV)；包括电动自行车和电动滑板车的电动双轮车辆；以及电动高尔夫球车，但不限于此。 
附图说明
为了进一步理解本发明而提供了附图，将所述附图并入本说明书中且所述附图构成了本说明书的一部分。所述附图说明了本发明的示例性实施方案，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中： 
图1是说明相关领域中袋形电池的透视图； 
图2是说明相关领域中棱形电池的电极组件的示意图； 
图3是说明在以果冻卷形状卷绕之后图2的电极组件的透视图； 
图4是说明容纳图3的电极组件的棱形电池的透视图； 
图5～7是说明根据本发明实施方案的电极组件的示意图； 
图8～11是说明根据本发明实施方案的以果冻卷形状卷绕的电极 组件的透视图； 
图12是说明根据本发明实施方案的在袋形外部部件中容纳的电极组件的透视图； 
图13是说明电池阻抗的图，所述电池包含根据实施例1和比较例1的果冻卷形电极组件；且 
图14是显示在根据实施例1和比较例2的热压制工艺和室温压制工艺前后的果冻卷形电极组件的表。 
具体实施方式
根据本发明的实施方案，电极组件包含正极、负极和隔膜。所述正极包含正极未涂覆部，所述未涂覆部为正极集电极的一部分中未涂覆活性材料的部分。所述负极包含负极未涂覆部，所述未涂覆部为负极集电极的一部分中未涂覆活性材料的部分。将所述未涂覆部布置在电极的纵向上的电极组件的上部和下部中的至少一个中。将正极极耳和负极极耳连接至所述未涂覆部。所述隔膜为包含涂覆有粘合剂聚合物或由粘合剂聚合物和无机粒子形成的有机/无机混合物的基材的复合多孔隔膜。 
根据本发明的另一个实施方案，二次电池包含电极组件，且中大型电池包含所述二次电池。以多个的形式提供所述二次电池，并将所述二次电池相互连接以形成所述中大型电池。 
现在，在下文中将参考附图对示例性实施方案进行更充分的说明；然而，可以以不同的形式实施本发明，且不能将本发明解释为受限于本文中所述的实施方案。更确切地说，提供这些实施方案从而使得本发明透彻并完整，并将本发明的范围完全传达给本领域中的技术人员。下文中，将参考附图对实施方案进行详细说明。 
根据本发明的实施方案，将正极和负极的未涂覆部布置在电极的纵向上的电极的上部和下部中的至少一个中。电极组件包含多孔隔膜 或有机/无机复合多孔隔膜，所述有机/无机复合多孔隔膜包含涂覆有由无机粒子和粘合剂聚合物形成的活性层的基材。将包含正极、负极和布置在其间的隔膜的电极组件以果冻卷形状进行卷绕、并进行压制，从而具有一体化层压结构。 
参考图5～7，将正极和负极的未涂覆部布置在电极纵向上的电极的上部和下部中的至少一个中。 
参考图5，将正极未涂覆部125和负极未涂覆部135布置在电极纵向上电极的上部中。 
参考图6，将正极未涂覆部125和负极未涂覆部135布置在在电极纵向上的电极的下部中。 
如图5和6中所示，当将正极未涂覆部125和负极未涂覆部135两者都布置在电极纵向上的电极的上部和下部中的一个部分中时，正极极耳可不与负极极耳重叠。 
参考图7，将正极未涂覆部125和负极未涂覆部135布置在电极纵向上的电极的上部和下部中。 
具体地，参考图7，从与正极集电极123的上端间隔预定距离的位置将包含正极活性材料、粘合剂和导电材料的正极活性材料浆体均匀地涂布到正极120的正极集电极123的至少一个表面上，从而形成正极活性材料涂覆部124。由此，向下延伸至与正极集电极123的上端间隔预定距离的位置的区域，即未涂覆正极活性材料的部分是正极未涂覆部125，并布置在正极集电极123的纵向上的正极集电极123的上部中。 
将布置在正极集电极123的上部中的正极未涂覆部125与上端隔 开，使得能够将正极极耳焊接到正极未涂覆部125上。例如，正极未涂覆部125可与上端隔开约1mm～约20mm的距离。 
从与负极集电极133的下端间隔预定距离的位置将包含负极活性材料、粘合剂和导电材料的负极活性材料浆体均匀地涂布到负极130的负极集电极133的至少一个表面上，从而形成负极活性材料涂覆部134。由此，将未涂覆负极活性材料的负极未涂覆部135完全布置在负极集电极133的下部中。 
将布置在负极集电极133下部中的负极未涂覆部135与下端隔开，使得能够将负极极耳焊接到负极未涂覆部135上。例如，负极未涂覆部135可与下端隔开约1mm～约20mm的距离。 
尽管在图7中将正极未涂覆部125和负极未涂覆部135分别布置在电极组件的纵向上的电极组件的上部和下部中，但是可以将正极未涂覆部125和负极未涂覆部135分别布置在电极组件在纵向上的下部和上部中。即，当以果冻卷形状对电极组件进行卷绕时，可以将正极未涂覆部125和负极未涂覆部135布置在电极组件的纵向上的电极组件的上部和下部中的至少一个中。 
由此，根据当前的实施方案，根据正极未涂覆部125和负极未涂覆部135的位置，可以将正极极耳和负极极耳布置在相同侧或彼此相反的侧上。 
由此，将正极和负极活性材料涂覆部124和134布置在电极组件至少一个表面上的电极组件的上部和下部中的至少一个中，并与所述电极组件的上端或下端隔开正极和负极未涂覆部125和135的长度。 
隔膜140布置在正极120与负极130之间。尽管正极和负极未涂覆部125和135的位置按上述变化，但是隔膜140的尺寸和位置与图2、 5、6和7中相同。即，即使当将正极和负极未涂覆部125和135布置在电极组件的上部和下部中时，仍不必改变隔膜140，条件是隔膜140可覆盖正极和负极活性材料涂覆部124和134。 
布置在正极120与负极130之间以使得正极120与负极130绝缘的隔膜140是一种复合多孔隔膜，其包含涂覆有粘合剂聚合物或粘合剂聚合物与无机粒子的混合物的基材。 
即，通过利用粘合剂聚合物对基材进行涂覆、或者通过利用粘合剂聚合物与无机粒子的有机/无机混合物对基材进行涂覆来形成所述复合多孔隔膜。 
在构成基材时使用的粘合剂聚合物的实例包括聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、普鲁兰、羧甲基纤维素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺及它们的混合物，但不限于此。此外，可使用任意材料或其混合物，条件是所述材料具有上述特性。 
所述有机/无机复合隔膜是有机/无机复合多孔隔膜，其包含：具有多孔部的基材；和利用多孔无机粒子和粘合剂聚合物的混合物对基材的表面和多孔部的一部分这两者中的至少一个进行涂覆而形成的活性层。将具有约50nm以上直径的多个大孔布置在多孔无机粒子中以提供多孔结构。 
在当前的实施方案中，使用多孔无机粒子来构成所述有机/无机复合多孔隔膜，在所述多孔无机粒子中布置具有约50nm以上的均匀直径和均匀形状的多个大孔。 
在相关技术中，由于用作隔膜的成分和涂覆材料的有机/无机复合层包含无机粒子，所以能够确保电池的安全性。然而，由于无机粒子是无孔粒子，所以电池的重量增加。然而，在当前的实施方案中，由于多孔无机粒子在其中具有多个大孔，所以能够提高电池的安全性和性能，并能够大大降低其重量。由于电池的重量下降，所以单位电池重量的能量密度增加。 
在根据当前实施方案的有机/无机复合多孔隔膜中，在基材表面和多孔部的一部分中的至少一个上涂布的成分可以为本领域中任何熟知的无机粒子，条件是所述无机粒子具有使因电解质分子而溶剂化的锂离子可通过孔的孔径大小。例如，所述孔可以为具有约50nm以上直径的大孔。 
所述大孔可单独布置在粒子中、或者所述大孔可相互连接。 
所述无机粒子可包括选自如下的至少一种：BaTiO3、Pb(Zr，Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT)、PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、二氧化铪(HfO2)、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiC及它们的混合物，但不限于此。 
所述无机粒子可具有约0.1μm～约10μm的尺寸，但不限于此。如果所述无机粒子具有约0.1μm以下的尺寸时，则由于分散性能下降，所以难以控制有机/无机复合多孔隔膜的结构和物理性质。如果所述无机粒子具有大于约10μm的尺寸，则使用相同含量的固体制造的所述有机/无机复合多孔隔膜的厚度增大，从而使得机械性能下降。另外，过大的孔径可能在电池的充电和放电期间提高短路的可能性。 
有机/无机复合多孔隔膜的有机成分稳定地固定无机粒子上以提高结构安全性，并提高离子传导率和电解质浸渍速率，从而提高电池 的性能。为此，所述有机成分可以为不溶于电解质且不会因电解质的溶胀而凝胶化的粘合剂聚合物。 
所述粘合剂聚合物可包括聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、普鲁兰、羧甲基纤维素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺或其混合物，但不限于此。此外，可使用任意材料或其混合物，条件是所述材料具有上述特性。 
所述有机/无机复合多孔隔膜的有机/无机复合层可包含典型的添加剂以及多孔无机粒子和粘合剂聚合物。 
由粘合剂聚合物或粘合剂聚合物/无机粒子形成的有机/无机复合多孔隔膜的基材可以为具有多孔部的任意多孔隔膜基材。例如，所述基材可以为聚烯烃类基材或耐热性多孔基材，其为本领域中所典型使用的。特别地，所述耐热性多孔基材阻止了因内热和外热中的至少一种所造成的隔膜的收缩，由此确保了有机/无机复合多孔隔膜的热安全性。 
所述有机/无机复合多孔隔膜的基材可包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚萘二甲酸乙二醇酯、它们的混合物或耐热性工程塑料，但不限于此。 
现在，参考图2～11，对根据本发明实施方案的电极的结构和根据相关领域的电极的结构进行更详细地说明。将活性材料涂布到正极集电极23和123以及负极集电极33和133上，从而形成正极和负极。 
当根据现有技术将未涂覆部25和35布置在电极的横向上的起始部和末端部时，从与所述起始部和末端部中的至少一个间隔与所述未涂覆部25和35相对应的距离的位置处开始涂布活性材料。由此，当将正极和负极中的一个电极的未涂覆部布置在电极的起始部处时，将所述未涂覆部布置在卷结构的最内部分中。当将正极和负极中的一个电极的未涂覆部布置在电极的末端部处时，将未涂覆部布置在卷结构的最外部分中。将所述未涂覆部布置在起始部或末端部处，并将所述未涂覆部连接至正极极耳和负极极耳。将按上述构造的电极组件容纳在如图4中所示的棱形电池中。 
然而，参考图5，根据本发明的实施方案，将活性材料涂布到电极横向上电极的起始部和末端部上而不形成未涂覆部。由于将正极和负极未涂覆部125和135布置在电极纵向上的电极组件的上部和下部中的至少一个中，所以将活性材料涂布到电极横向上的起始部和末端部上而无未涂覆部，但未涂覆到电极组件的上部和下部中的至少一个上，从而使得活性材料与电极组件的上端和下端中的至少一个间隔刚好与正极和负极未涂覆部125和135相对应的距离。 
将这种结构同样应用于图5的情况、图6的情况和图7的情况中，在图5中正极未涂覆部和负极未涂覆部两者都布置在电极的上部，在图6中正极未涂覆部和负极未涂覆部两者都布置在电极的下部，在图7中正极未涂覆部和负极未涂覆部布置在电极的上部和下部。 
如图8中所示，以果冻卷形状对按上述构造的正极和负极以及布置在其间的隔膜进行卷绕。在这种情况下，将正极和负极未涂覆部125和135分别布置在电极组件纵向上的电极组件的上部和下部中，这与相关领域不同，在相关领域中将未涂覆部25和35布置在电极横向上的卷绕起始部和末端部中。 
如图9中所示，将正极和负极未涂覆部125和135分别连接至极耳122和132。参考图10和11，将正极和负极未涂覆部125和135两者都布置在下部，并将其分别连接至极耳122和132。 
将图8和9中的电极组件容纳在如图12中所示的袋形外部部件中。 
结果，在根据本发明实施方案的二次电池中，将连接至极耳的未涂覆部连续布置在电极组件的上部和下部中的至少一个中，由此阻止了因卷绕圈数的增加而造成的电阻的增大。由此，可将根据本发明实施方案的二次电池相互连接以用作如下设备用中大型电池：需要高功率的由电动机提供功率的电动工具；包括混合电动车辆(HEV)和插电式混合电动车辆(PHEV)的电动车辆(EV)；包括电动自行车和电动滑板车的电动双轮车辆；以及电动高尔夫球车。 
根据上述实施方案制造的电极组件具有其中通过压制工艺而一体化形成正极、隔膜和负极的层压结构。所述压制工艺可以为热压制工艺或热压缩压制工艺，但不限于此，条件是在恒压下能够形成一体化层压结构。 
压制工艺的压制温度、保持时间和压力可以随粘合剂以及果冻卷的形状和厚度而变化。 
当对正极、隔膜和负极进行卷绕以制造卷绕型电极时，可以将隔膜与各个电极隔开以在其间形成波浪形状。在这种情况下，可能难以将电极组件插入到诸如罐的外部部件中，并可能影响电池的安全性。 
此外，由于根据本实施方案的电极组件具有其中通过隔膜而将正极和负极一体化的层压结构，所以可有助于随后的工艺如极耳焊接工艺和将电极组件插入到外部部件中的工艺，并能够抑制因充电和放电 期间活性材料的收缩和膨胀而造成的电极组件的扭曲，并能够阻止因外部震动所造成的短路，由此提高了安全性。 
即，由于根据本实施方案的电极组件具有其中通过隔膜将正极和负极一体化的层压结构，所以有助于用于制造二次电池的后续工艺，并能够制造具有提高的安全性的二次电池。 
此外，如果将形成层压结构的工艺除去，则能够将本发明的实施方案应用于圆柱形电池，其中在所述层压结构中通过热压制工艺而一体化形成正极、隔膜和负极。 
可以将根据本发明实施方案的正极活性材料与包含锂嵌入材料作为主要成分的化合物混合。所述锂嵌入材料可包括：层状化合物如锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)、或利用至少一种过渡金属取代的化合物；锂锰氧化物如化学式Li1+xMn2-xO4(其中x为0～0.33)、LiMnO3、LiMn2O3和LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5和Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且x＝0.01～0.3)表示的镍(nickelcite)锂化的镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且x＝0.01～0.1)或Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；化学式的一部分锂被碱土金属离子取代的LiMn2O4；二硫化物化合物；或由Fe2(MoO4)3形成的复合氧化物或其组合。 
当根据本发明实施方案的隔膜为包含涂覆有粘合剂聚合物的基材的隔膜、或为包含涂覆有由粘合剂共聚物和无机粒子形成的有机/无机混合物的基材的复合隔膜时，所述粘合剂聚合物使得可以有助于层压结构的设计，在所述层压结构中通过热压制工艺将正极、隔膜和负极一体化。由此，其中将正极、隔膜和负极一体化的层压结构使得可有助于电池制造工艺并可提高电池的性能和安全性。另外，由于将包含 复合多孔隔膜的果冻卷形电极组件一体化，所以能够将所述电极组件应用于袋形电池以及棱形电池中。 
正极集电极具有约3μm～约500μm的厚度。所述正极集电极可以是任意集电极，条件是所述集电极不会在电池中引起化学变化并具有高电导率。例如，所述正极集电极可由不锈钢、铝、镍、钛、焙烧碳、或利用碳、镍、钛或银表面处理过的铝或不锈钢形成。所述正极集电极可具有不平坦的表面以提高与活性材料的粘合强度，且可包括膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体或非织造体。 
含所述正极活性材料的混合物包含约1重量％～约50重量％的导电材料。所述导电材料可以是任意材料，条件是所述导电材料不会在电池中引起化学变化并具有导电性。例如，所述导电材料可包括石墨如天然石墨和人造石墨；炭黑如乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和夏黑；导电纤维如碳纤维和金属纤维；金属粉末如碳氟、铝和镍粉；导电晶须如氧化锌和钛酸钾；导电氧化物如二氧化钛；或聚亚苯基衍生物。 
粘合剂对活性材料、导电材料和集电极进行粘合。含正极活性材料的混合物包含约1重量％～约50重量％的粘合剂。例如，所述粘合剂可包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、糊精、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、苯乙烯丁烯橡胶、氟橡胶和多种共聚物中的一种。 
填料可以为用于抑制正极溶胀的任意材料，条件是所述填料不会在电池中引起化学变化并具有纤维状结构。例如，所述填料可包括烯烃类共聚物如聚乙烯和聚丙烯；或纤维状材料如玻璃纤维和碳纤维。 
通过将负极材料涂布到负极集电极上并对其进行干燥来形成所述 负极，且如果需要，所述负极可包含上述成分。 
负极集电极具有约3μm～约500μm的厚度。所述负极集电极可包含任意材料，条件是所述集电极不会在电池中引起化学变化并具有导电性。例如，所述负极集电极可包含铜、不锈钢、铝、镍、钛、焙烧碳；或利用碳、镍、钛或银表面处理过的铜或不锈钢；或铝-镉合金。与正极集电极类似，所述负极集电极可具有不平坦的表面以提高与活性材料的粘合强度，且可包括膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体或非织造体。 
负极活性材料包括无定形碳或结晶碳。具体地，负极材料可包括：碳如硬碳和石墨类碳；复合金属氧化物如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)和SnxMe1-xMe′yOz(Me：Mn、Fe、Pb或Ge；Me′：Al、B、P、Si、I族、II族和III族元素、或卤素；0＜x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅类合金；锡类合金；氧化物如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和Bi2O5；导电聚合物如聚乙炔；或Li-Co-Ni类材料。 
根据本发明实施方案的电解质层包含非水电解质和锂盐。所述非水电解质可以为固体电解质或无机固体电解质。 
例如，所述非水电解质可包含非质子有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1，2-二甲氧基乙烷、四羟基呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1，3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯。 
例如，所述有机固体电解质可包括包含聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、poly agitation lysine、聚酯硫醚、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯或离子分解剂的共聚物。 
例如，所述无机固体电解质包括Li类氮化物如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH和Li3PO4-Li2S-SiS2；卤化物；或硫酸盐。 
所述锂盐易溶于非水电解质中。例如，所述锂盐可包括LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂或酰亚胺。 
此外，为了提高放电和充电特性以及阻燃性，能够向非水电解质中添加下列化合物。实例包括吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、正甘醇二甲醚、六磷酸三酰胺(hexaphosphoric triamide)、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的 
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唑烷酮、N，N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇和三氯化铝。为了为电解质提供不燃性，所述电解质可还包含含卤素的溶剂如四氯化碳和三氟乙烯。此外，为了提高高温储存特性，所述电解质可包含二氧化碳气体。 
根据本发明的锂二次电池的应用实例包括其中发生电化学反应的所有装置如初次和二次电池、燃料电池、太阳能电池和电容器。作为二次电池的锂二次电池的实例包括锂金属二次电池、锂离子二次电池、锂聚合物二次电池和锂离子聚合物二次电池。 
作为单元电池，可以以熟知的方法将按上述构造的电池相互连接，以用作可应用于需要高功率的电动工具、EV、HEV和PHEV的中大型电池。 
现在，根据下列实施例对根据本发明的锂二次电池进行更详细地说明，但本发明不限于此。 
实施例1 
通过以果冻卷形状对正极、负极和布置在其间的隔膜进行卷绕，形成了电极组件。所述正极包含具有未涂覆部的正极集电极，所述未涂覆部为未涂覆活性材料的部分。所述负极包含具有未涂覆部的负极集电极，所述未涂覆部为未涂覆活性材料的部分。如图7中所示，所述未涂覆部布置在电极纵向上的电极的上部和下部中。将正极极耳和负极极耳连接至所述未涂覆部。所述隔膜为复合多孔隔膜，所述复合多孔隔膜包含涂覆有作为粘合剂聚合物的聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯的聚丙烯基材。对电极组件进行设计，使得正极、隔膜和负极构成如图9中所示的层压结构，并制造了包含所述电极组件的电池。 
实施例2 
如图5中所示，将正极和负极的未涂覆部布置在电极纵向上的电极组件的上部中。将正极极耳和负极极耳连接至所述未涂覆部。 
除了隔膜为包含涂覆有作为粘合剂聚合物的聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯和作为无机粒子的BaTiO3和Al2O3的混合物的聚丙烯基材的复合多孔隔膜之外，实施例2与实施例1相同。 
实施例3 
除了下列之外，实施例3与实施例1相同。如图6中所示，将正极和负极的未涂覆部布置在电极纵向上的电极组件的下部中。将正极极耳和负极极耳连接至未涂覆部。 
比较例1 
与实施例1中将未涂覆部布置在电极纵向上的电极组件的上部和 下部中不同，按相关领域中将未涂覆部布置在电极组件的左部和右部中。将正极极耳和负极极耳连接至未涂覆部。隔膜是典型的烯烃类隔膜，并通过以典型的卷结构代替层压结构对电极和隔膜进行卷绕来形成电极组件，如图3中所示。 
比较例2 
除了下列之外，比较例2与实施例1相同。隔膜是典型的烯烃类隔膜，并通过以典型的卷结构代替层压结构对正极、负极和隔膜进行卷绕来形成电极组件，如图3中所示。 
根据C倍率，对根据实施例1～3以及比较例1和2制造的电池的放电容量进行了测量，将其示于表1中。 
表1 
如表1中所示，包含根据实施例的电极组件的电池的放电容量大于包含根据比较例的电极组件的电池的放电容量。 
实验例1 
对包含实施例1和比较例1的果冻卷形电极组件的电池的阻抗进行了测量，从而检测其电阻的变化，如图13中所示。 
如图13中所示，实施例1的电池的电阻小于比较例1的电池的电阻。这是因为将根据实施例的未涂覆部布置在电极纵向上的电极组件的上部和下部中的至少一个中，由此有效降低了电池的电阻。 
实验例2 
对实施例1和比较例2的电极组件进行卷绕，然后，对电极组件实施室温压制工艺和热压制工艺。将压制工艺的结果示于表2中，并将结果的图像示于图14中。 
表2 
Figure DEST_PATH_GSB00000690020400011
如表2和图14中所示，在卷绕之后，电极组件具有类似的椭圆形状。 
另外，通过室温压制工艺的电极组件更平坦，但在电极与隔膜之间存在间隙，其中通常将所述室温压制工艺用于制造棱形电池。 
通过热压制工艺，比较例2的电极组件由于烯烃类隔膜热收缩而具有波浪形状。同时，根据实施例1的电极组件良好地压缩而没有波浪形状。这是因为根据实施例1的电池包含有机/无机复合隔膜，并具有其中一体化形成正极、负极和隔膜的层压结构。因此，有助于电池制造工艺，并提高了电池的性能和安全性。 
实验例3 
将根据实施例1～3和比较例1～2的各个制造的多个电池相互连 接以形成中大型电池。然后，对中大型电池的放电功率(SOC 50和10秒)进行了测量和比较，如表3中所示。 
表3 
Figure BPA00001422077500221
如表3中所示，根据实施例1～3的中大型电池的放电功率大于根据比较例1和2的中大型电池的放电功率。 
本文中公开了示例性实施方案，且尽管使用了特定术语，但是使用所述术语并仅以普通且描述性的意义对其进行解释，而不用于限制的目的。因此，本领域技术人员应理解，在不背离下列权利要求书中所提出的本发明的主旨和范围的条件下可在形式和细节中完成多种变化。 

Claims (17)

1.一种电极组件，其包含：
正极；
负极；和
隔膜，
其中所述正极包含正极未涂覆部，所述正极未涂覆部为正极集电极的一部分中未涂覆活性材料的部分，
所述负极包含负极未涂覆部，所述负极未涂覆部为负极集电极的一部分中未涂覆活性材料的部分，
所述未涂覆部布置在所述电极的纵向上的所述电极组件的上部和下部中的至少一个中，
正极极耳和负极极耳连接至所述未涂覆部，且
所述隔膜为复合多孔隔膜，其包含涂覆有粘合剂聚合物或由粘合剂聚合物和无机粒子形成的有机/无机混合物的基材。
2.如权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件包含所述正极、所述隔膜和所述负极的层压结构。
3.如权利要求2所述的电极组件，其中所述层压结构通过对所述电极组件实施热压制工艺或热压缩压制工艺而形成。
4.如权利要求1所述的电极组件，其中所述未涂覆部与所述电极组件的上端和下端中的至少一端间隔一段距离，以将所述电极极耳焊接到所述未涂覆部上。
5.如权利要求4所述的电极组件，其中所述未涂覆部与所述电极组件的上端和下端中的至少一端间隔约1mm～约20mm的距离。
6.如权利要求1所述的电极组件，其中所述正极极耳和所述负极极耳布置在彼此相反的侧上。
7.如权利要求1所述的电极组件，其中所述正极极耳和所述负极极耳布置在相同侧上。
8.如权利要求1所述的电极组件，其中所述隔膜覆盖所述正极和负极的活性材料涂覆部。
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状卷绕。
10.如权利要求1所述的电极组件，其中所述活性材料布置在所述未涂覆部之外，且涂布到所述电极组件的至少一个表面上。
11.如权利要求1所述的电极组件，其中构成所述隔膜的所述粘合剂聚合物包含如下物质中的至少一种：聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基普鲁兰、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、普鲁兰、羧甲基纤维素、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物、聚酰亚胺及它们的混合物。
12.如权利要求1所述的电极组件，其中所述无机粒子包含选自如下物质中的至少一种：BaTiO3、Pb(Zr，Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT)、PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、二氧化铪(HfO2)、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2、SiC及它们的混合物。
13.如权利要求12所述的电极组件，其中所述无机粒子包含多孔结构，所述多孔结构在其中具有直径为约50nm以上的多个大孔。
14.如权利要求1所述的电极组件，其中所述基材包含选自如下物质中的至少一种：高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚萘二甲酸乙二醇酯及它们的混合物。
15.一种包含电极组件的二次电池，
其中所述电极组件包含：
正极；
负极；和
隔膜，
其中所述正极包含正极未涂覆部，所述正极未涂覆部为正极集电极的一部分中未涂覆活性材料的部分，
所述负极包含负极未涂覆部，所述负极未涂覆部为负极集电极的一部分中未涂覆活性材料的部分，
所述未涂覆部布置在所述电极的纵向上的所述电极组件的上部和下部中的至少一个中，
正极极耳和负极极耳连接至所述未涂覆部，且
所述隔膜为复合多孔隔膜，其包含涂覆有粘合剂聚合物或由粘合剂聚合物和无机粒子形成的有机/无机混合物的基材。
16.如权利要求15所述的二次电池，其中所述二次电池是棱形电池和聚合物电池中的一种。
17.一种包含权利要求15的二次电池的中大型电池，其中具有多个所述二次电池，且所述二次电池相互连接。
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