CN102884665B - 改进的堆叠型电池胞或者双电池胞、用于使用该电池胞的二次电池的电极组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

根据本发明，一种用于二次电池的堆叠型电池胞包括：其中第一极性电极/分离薄膜/第二极性电极/分离薄膜/第一极性电极被相继堆叠的堆叠型电池胞，和在第一极性电极的每一外侧上堆叠的外侧分离薄膜。另外，本发明涉及一种用于使用这种堆叠型电池胞的二次电池的电极组件及其制造方法。

Description

改进的堆叠型电池胞或者双电池胞、用于使用该电池胞的二次电池的电极组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种改进的堆叠型电池胞或者双电池胞、一种用于使用该电池胞的二次电池的电极组件及其制造方法，并且特别涉及一种用于锂离子二次电池的堆叠型电池胞或者双电池胞、一种用于使用该电池胞的锂离子二次电池的电极组件及其制造方法。
背景技术
随着移动技术的发展和对于移动装置的需求的增加，对于二次电池的需求已经急剧地增加。在二次电池中，锂二次电池具有高能量密度和操作电压以及优良的保存和寿命特性，这使其成为用于包括很多移动装置的各种电子产品的、最广泛使用的能源。
通常，二次电池包括具有缠绕或者堆叠配置的、由负极电极、正极电极和在其间置入的隔膜构成的单元电池胞、由金属罐或者层压板制成的电池外壳，和在电池外壳中填充的电解质。
对于二次电池的主要研究之一在于如何改进它的安全性。例如，二次电池在其中经受可以由电池的异常操作诸如内部短路、超过允许电流和电压的过度充电、暴露于高温、由跌落或者由外部冲击引起变形等引起的高的温度和压力，这能够导致电池起火或者爆炸。
特别一个严重的问题在于当被暴露于高温时隔膜的收缩或者断裂引起的内部短路。为了解决这个问题，已经进行了研究以调查原因并且发现它的替代品。
用于二次电池的隔膜由聚乙烯、聚丙烯等的多孔聚合物薄膜制成。由于它的低成本和优良的化学阻力，它在电池的操作状态中具有优点。然而，隔膜倾向于在高温环境下收缩。
在二次电池中，具有负极电极/隔膜/正极电极结构的电极组件主要地被分类成卷筒型（缠绕）和堆叠型（堆叠）。把电极活性材料涂覆到被用作集电器的金属箔上，之后进行干燥和挤压，之后将其切割成具有期望宽度和长度的带，然后使用隔膜将正极电极从负极电极分离，并且最后以螺旋形形状缠绕所得物，由此而制造卷筒型电极组件。卷筒型电极组件有利地应用于柱形电池。然而，当卷筒型电极组件被应用于棱形电池或者袋型电池时，电极活性材料可由于局部集中的应力而剥离，或者电池可由于在充电/放电时重复的收缩和膨胀而变形。
堆叠型电极组件具有顺序堆叠的多个单元电池胞，每一个单元电池胞由负极电极和正极电极构成。堆叠型电极组件具有易于获得棱形形状的一个优点，然而它具有制造过程复杂并且当处于冲击时经历由电极错位引起短路的缺点。
为了解决这些问题，卷筒型和堆叠型的组合，即所谓的堆叠/折叠式电极组件已经得到发展。通过，使用长的连续分离膜折叠具有负极电极/隔膜/正极电极结构的全电池胞或者具有预定单位尺寸的、具有负极电极（正极电极）/隔膜/正极电极（负极电极）/隔膜/负极电极（正极电极）结构的双电池胞制造堆叠/折叠式电极组件。在韩国专利公报No.2001-82058、2001-82059和2001-82060中公开了堆叠/折叠式电极组件的实例。通过将每一个均包括全电池胞或者双电池胞的多个单元电池胞置于具有预定图案的长片材的分离膜上，并且通过将分离膜缠绕成卷而制造堆叠/折叠式电极组件。
在堆叠/折叠式电极组件中，电极或者单元电池胞在隔膜和电极堆叠（层叠）或者在分离膜上定位单元电池胞期间和在缠绕期间可能未被固定到位。相应地，需要很多尝试以在准确的位置中固定或者维持电极或者单元电池胞。
在这方面，已经公开了某些技术以防止在堆叠型电极组件中电极从分离膜滑移。例如，日本专利公报No.2006-107832公开了一种用于电池的分离膜，该分离膜由一种片材制成，该片材包括反应性聚合物和在聚合物中分布的微囊，其中微囊包含环氧固化剂，并且反应性聚合物在其分子中具有光反应性的乙烯双键和环氧基并且通过乙烯双键的光反应而交联。日本专利公报No.2004-143363公开了一种通过将利用热量固化的可热交联粘结剂和胶凝剂引入多孔薄膜中而生产的、带有粘结剂和胶凝剂的多孔分离膜。
然而，这些传统技术具有以下缺点，即，隔膜的制造成本是极高的，并且分离膜的性质由于在分离膜中包括的特殊成分而劣化。而且，因为单元电池胞利用粘附力而被固定到分离膜，所以在堆叠和/或定位过程期间校正（调节）错位的单元电池胞的位置是不可能的。特别地，在堆叠/折叠式电极组件中，在于分离膜上定位多个单元电池胞时，这种错位可以引起严重的问题。
如上所述，通过在每一个全电池胞或者双电池胞中层叠电极和隔膜并且通过层叠被置于分离膜上的电池胞而制造的堆叠/折叠式电极组件，在用于制造全电池胞或者双电池胞的第一层叠强度和用于折叠组件的第二层叠强度之间具有显著的差异。这个强度差异可以影响二次电池的可加工性，从而导致二次电池的性能劣化。而且，堆叠/折叠式电极组件在折叠期间遭遇电解质浸渍特性（浸渍速率和浸透速率）劣化的问题。
发明内容
技术目的
本发明被设计用于解决传统技术的问题，并且因此本发明的一个目的在于提供一种改进的堆叠型电池胞或者双电池胞，其中，只使用堆叠过程构造电极组件，而不使用与堆叠过程一起被用于构造传统电极组件的折叠过程，和一种用于使用该电池胞的二次电池的电极组件及其制造方法。
技术方案
为了实现本发明的目的，根据本发明的优选示例性实施例的一种堆叠型电池胞可以包括按照顺序布置的第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极的堆叠体，和在每一个第一电极上堆叠的外部隔膜。
优选地，第一电极可以是负极电极，并且第二电极可以是正极电极。
优选地，正极电极可以包括正极集电器和在正极集电器的至少一个表面上涂覆的正极活性材料，并且负极电极可以包括负极集电器和在负极集电器的至少一个表面上涂覆的负极活性材料。
优选地，第一电极可以是正极电极，并且第二电极可以是负极电极。
优选地，正极电极可以包括正极集电器和在正极集电器的至少一个表面上涂覆的正极活性材料，并且负极电极可以包括负极集电器和在负极集电器的至少一个表面上涂覆的负极活性材料。
优选地，隔膜和/或外部隔膜可以包括从下述组成的组中选出的任何一种：多微孔聚乙烯薄膜，多微孔聚丙烯薄膜，由这些薄膜的组合制成的多层薄膜，和用于由聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或者聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物制成的聚合物电解质的多微孔聚合物薄膜。
为了实现本发明的目的，根据本发明优选示例性实施例的一种用于二次电池的电极组件可以包括被顺序地堆叠的至少一个第一堆叠型电池胞和至少一个第二堆叠型电池胞，其中第一堆叠型电池胞具有根据以上实施例的堆叠型电池胞的结构并且第二堆叠型电池胞具有按照顺序布置的第二电极/隔膜/第一电极/隔膜/第二电极的堆叠体。
根据本发明的另一优选示例性实施例，一种用于二次电池的电极组件可以包括被交替堆叠的至少一个第一堆叠型电池胞和至少一个第二堆叠型电池胞，其中第一堆叠型电池胞具有按照顺序布置的第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极的堆叠体，并且第二堆叠型电池胞具有按照顺序布置的外部隔膜/第二电极/隔膜/第一电极/隔膜/第二电极/外部隔膜的堆叠体。
优选地，第一电极可以是负极电极，并且第二电极可以是正极电极。
优选地，正极电极可以包括正极集电器和在正极集电器的至少一个表面上涂覆的正极活性材料，并且负极电极可以包括负极集电器和在负极集电器的至少一个表面上涂覆的负极活性材料。
优选地，第一电极可以是正极电极，并且第二电极可以是负极电极。
优选地，正极电极可以包括正极集电器和在正极集电器的至少一个表面上涂覆的正极活性材料，并且负极电极可以包括负极集电器和在负极集电器的至少一个表面上涂覆的负极活性材料。
优选地，隔膜和/或外部隔膜可以包括从下述组成的组中选出的任何一种：多微孔聚乙烯薄膜，多微孔聚丙烯薄膜，由这些薄膜的组合制成的多层薄膜，和用于由聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或者聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物制成的聚合物电解质的多微孔聚合物薄膜。
优选地，该电极组件可以进一步包括能够在所述电极中不具有外部隔膜的任何一个的外表面上堆叠的补充性隔膜。
为了实现本发明的目的，根据本发明优选示例性实施例的一种二次电池可以包括如上所述的电极组件、用于容纳电极组件的外壳，和浸渍到外壳中容纳的电极组件中的电解质。
为了实现本发明的目的，根据本发明优选示例性实施例的一种用于制造用于二次电池的电极组件的方法可以包括：制备具有按照顺序布置的第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极的堆叠体的至少一个第一堆叠型电池胞，制备具有按照顺序布置的外部隔膜/第二电极/隔膜/第一电极/隔膜/第二电极/外部隔膜的堆叠体的至少一个第二堆叠型电池胞，和交替地堆叠该至少一个第一堆叠型电池胞和该至少一个第二堆叠型电池胞。
优选地，该方法可以进一步包括在所述电极中不具有外部隔膜的任何一个的外表面上堆叠补充性隔膜。
为了实现本发明的目的，根据本发明优选示例性实施例的一种用于二次电池的堆叠型双电池胞可以包括按照顺序布置的第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极的堆叠体，和在每一个第一电极上堆叠的外部隔膜。
优选地，第一电极可以是负极电极，并且第二电极可以是正极电极。
优选地，正极电极可以包括正极集电器和在正极集电器的至少一个表面上涂覆的正极活性材料，并且负极电极可以包括负极集电器和在负极集电器的至少一个表面上涂覆的负极活性材料。
优选地，第一电极可以是正极电极，并且第二电极可以是负极电极。
优选地，正极电极可以包括正极集电器和在正极集电器的至少一个表面上涂覆的正极活性材料，并且负极电极可以包括负极集电器和在负极集电器的至少一个表面上涂覆的负极活性材料。
优选地，隔膜和/或外部隔膜可以包括从下述组成的组中选出的任何一种：多微孔聚乙烯薄膜，多微孔聚丙烯薄膜，由这些薄膜的组合制成的多层薄膜，和用于由聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或者聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物制成的聚合物电解质的多微孔聚合物薄膜。
为了实现本发明的目的，根据本发明优选示例性实施例的一种用于二次电池的电极组件可以包括被顺序地堆叠的至少一个第一双电池胞和至少一个第二双电池胞，其中第一双电池胞具有按照顺序布置的第二电极/隔膜/第一电极/隔膜/第二电极的堆叠体并且第二双电池胞具有根据上述实施例的堆叠型双电池胞的结构。
根据本发明的另一优选示例性实施例，一种用于二次电池的电极组件可以包括被交替堆叠的至少一个第一双电池胞和至少一个第二双电池胞，其中第一双电池胞具有按照顺序布置的第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极的堆叠体并且第二堆叠型电池胞具有按照顺序布置的外部隔膜/第二电极/隔膜/第一电极/隔膜/第二电极/外部隔膜的堆叠体。
优选地，第一电极可以是负极电极，并且第二电极可以是正极电极。
优选地，正极电极可以包括正极集电器和在正极集电器的至少一个表面上涂覆的正极活性材料，并且负极电极可以包括负极集电器和在负极集电器的至少一个表面上涂覆的负极活性材料。
优选地，第一电极可以是正极电极，并且第二电极可以是负极电极。
优选地，正极电极可以包括正极集电器和在正极集电器的至少一个表面上涂覆的正极活性材料，并且负极电极可以包括负极集电器和在负极集电器的至少一个表面上涂覆的负极活性材料。
优选地，隔膜和/或外部隔膜可以包括从下述组成的组中选出的任何一种：多微孔聚乙烯薄膜，多微孔聚丙烯薄膜，由这些薄膜的组合制成的多层薄膜，和用于由聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或者聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物制成的聚合物电解质的多微孔聚合物薄膜。
该电极组件可以进一步包括能够在所述电极中不具有外部隔膜的任何一个的外表面上堆叠的补充性隔膜。
为了实现本发明的目的，根据本发明优选示例性实施例的一种用于制造用于二次电池的电极组件的方法可以包括：制备具有按照顺序布置的第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极的堆叠体的至少一个第一双电池胞，制备具有按照顺序布置的外部隔膜/第二电极/隔膜/第一电极/隔膜/第二电极/外部隔膜的堆叠体的至少一个第二双电池胞，和交替地堆叠该至少一个第一双电池胞和该至少一个第二双电池胞。
优选地，该方法可以进一步包括在所述电极中不具有外部隔膜的任何一个的外表面上堆叠补充性隔膜。
有利的效果
根据本发明的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞、用于使用该电池胞的二次电池的电极组件及其制造方法具有以下效果。
第一，通过对传统的堆叠型电池胞或者双电池胞（C型或者A型）和进一步在传统的堆叠型电池胞或者双电池胞上具有外部隔膜的、根据本发明的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞做后续堆叠（或者层叠），本发明可以制造期望容量的二次电池，从而导致制造过程缩短。
第二，由于在用于制造堆叠型电池胞或者双电池胞的层叠强度和用于折叠组件的层叠强度之间的差异，传统的堆叠/折叠式电极组件在可加工性方面存在限制，而本发明使得用于所有的过程的层叠强度近似于用于堆叠过程的层叠强度，由此解决了由层叠强度差异引起的、传统的可加工性降低的问题并且改进了二次电池的性能和产率。
第三，根据本发明的二次电池消除了对于分离膜和折叠过程的需要，由此实现了电解质的浸渍速率和浸透速率的改进。
根据以下详细说明、附图和权利要求，其它特征和方面可以是明显的。
附图说明
参考附图，根据实施例的以下说明，本公开的其它目的和方面将变得清楚，其中：
图1是示意根据本发明优选示例性实施例的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的结构的概略截面视图；
图2是示意用于与图1的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞一起地构造用于二次电池的电极组件的、相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的结构的概略截面视图；
图3是示意图1的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的一个实例的截面视图；
图4是示意图1的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的另一个实例的截面视图；
图5是示意图2的相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的一个实例的截面视图；
图6是示意图2的相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的另一个实例的截面视图；
图7是示意根据本发明优选示例性实施例的用于二次电池的电极组件的分解截面视图；
图8是图7的组装截面视图；
图9是示意根据本发明另一优选示例性实施例的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的结构的概略截面视图；
图10是示意用于与图9的、改进的堆叠型电池胞或者双电池胞一起地构造用于二次电池的电极组件的、相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的结构的概略截面视图；
图11是示意图9的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的一个实例的截面视图；
图12是示意图9的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的另一个实例的截面视图；
图13是示意图10的相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的一个实例的截面视图；
图14是示意图10的相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的另一个实例的截面视图；
图15是示意根据本发明另一优选示例性实施例的用于二次电池的电极组件的分解截面视图；
图16是图15的组装截面视图。
具体实施方式
提供了以下详细说明以帮助读者获得对于在这里描述的方法、设备和/或系统的全面理解。相应地，本领域普通技术人员可以想到在这里描述的系统、设备和/或方法的各种改变、修改和等价形式。而且，为了增加清楚性和简洁性，可以省略众所周知的功能和构造的说明。
图1是示意根据本发明优选示例性实施例的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的结构的概略截面视图。图2是示意用于与图1的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞一起地构造用于二次电池的电极组件的、相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的结构的概略截面视图。
参考图1，根据本发明优选示例性实施例的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞10具有按照顺序堆叠或者层叠的外部隔膜18/第一电极12/隔膜16/第二电极14/隔膜16/第一电极12/外部隔膜18的结构。可以通过堆叠或者层叠第一电极12/隔膜16/第二电极14/隔膜16/第一电极12，并且将外部隔膜18堆叠或者层叠到所得堆叠体的外表面上而制造图1的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞10，即，所谓的“A型”堆叠型电池胞或者双电池胞。可替代地，可以通过一次堆叠或者层叠外部隔膜18/第一电极12/隔膜16/第二电极14/隔膜16/第一电极12/外部隔膜18而制造改进的堆叠型电池胞或者双电池胞10。
在说明书中使用的术语“堆叠”是指利用粘结剂在电极和隔膜之间或者在电池胞之间固定或者耦接，并且术语“层叠”是指利用热熔合在电极和隔膜之间或者在电池胞之间耦接。因此，在说明书中，在A型电池胞、C型电池胞、改进的双电池胞或者堆叠型电池胞和相应的双电池胞之间，可以形成仅仅带有粘结层的堆叠结构、可以形成仅仅不带粘结层的层叠结构，或者这些结构可以混合地存在。另外，在层叠过程中，两个堆叠型电池胞、相应的双电池胞或者A型和C型电池胞可以被分别地层叠从而被层叠的堆叠体可以被另外地层叠。
参考图2，以图1的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞使用的、相应的堆叠型电池胞或者双电池胞20对应于传统的堆叠型电池胞或者双电池胞，并且具有按照顺序堆叠或者层叠的第二电极14/隔膜16/第一电极12/隔膜16/第二电极14的结构。
如在图1和2中所示，第一电极12是负极电极，并且第二电极14是正极电极。对于本领域普通技术人员而言明显的是，第一电极12、第二电极14、隔膜16和外部隔膜18每一个均被切割成规则形状和尺寸以形成堆叠型电池胞或者双电池胞的层叠结构，并且然后在彼此之上堆叠或者层叠。
图3是示意图1的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的一个实例的截面视图。在图1和2中示意的具有相同附图标记的元件视为具有相同的功能。
参考图3，改进的堆叠型电池胞或者双电池胞110具有按照顺序堆叠的外部隔膜18/负极电极112/隔膜16/正极电极114/隔膜16/负极电极112/外部隔膜18的结构。这里，负极电极112包括负极集电器112a和在负极集电器112a的两侧上涂覆的负极活性材料112b，并且正极电极114包括正极集电器114a和在正极集电器114a的两侧上涂覆的正极活性材料114b。
图4是示意图1的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的另一个实例的截面视图。在图1到3中示意的具有相同附图标记的元件视为具有相同的功能。
参考图4，改进的堆叠型电池胞或者双电池胞210具有按照顺序堆叠的第一外部隔膜18a/第一负极电极212/隔膜16/正极电极114/隔膜16/第二负极电极112/第二外部隔膜18b的结构。这里，第一负极电极212包括与第一外部隔膜18a接触的负极集电器212a，和在负极集电器212a的一侧上涂覆以与隔膜16形成接触的负极活性材料212b。第二负极电极112具有与图3的负极电极112相同的结构。
本领域普通技术人员会理解，与图3的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞110不同，，如在以下描述的，在电极组件300的制造中的堆叠或者层叠过程期间，图4的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞210位于二次电池的电极组件300的任何一个最外侧处。明显的是，图3的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞110可以被置于电极组件300的最外侧，然而在此情形中，可以考虑容量（性能）损失。
图5是示意图2的相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的一个实例的截面视图。
参考图5，相应的堆叠型电池胞或者双电池胞120具有按照顺序堆叠的正极电极114/隔膜16/负极电极112/隔膜16/正极电极114的结构。这里，正极电极114包括正极集电器114a和在正极集电器114a的两侧上涂覆的正极活性材料114b，并且负极电极112包括负极集电器112a和在负极集电器112a的两侧上涂覆的负极活性材料112b。在电极组件的堆叠或者层叠过程期间，图5的相应的堆叠型电池胞或者双电池胞120的正极电极114，如下述，与图3的堆叠型电池胞或者双电池胞110的外部隔膜18和/或图4的堆叠型电池胞或者双电池胞210的第二外部隔膜18b相接触地堆叠或者层叠。
图6是示意图2的相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的另一个实例的截面视图。
参考图6，相应的堆叠型电池胞或者双电池胞20具有按照顺序堆叠或者层叠的第一正极电极114/隔膜16/负极电极112/隔膜16/第二正极电极214的结构。这里，第一正极电极114等同于以上实施例的正极电极114并且包括正极集电器114a和在正极集电器114a的两侧上涂覆的正极活性材料114b，并且第二正极电极214包括正极集电器214a和在正极集电器214a的一侧上涂覆的正极活性材料214b。对于本领域普通技术人员而言明显的是，在电极组件的堆叠或者层叠过程期间，第二正极电极214位于电极组件的最外侧处。图5的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞120也可以位于电极组件的最外侧处，然而在此情形中，可以考虑到容量的损失。
根据参考图3到6描述的以上实施例，用于锂二次电池的双电池胞可以包括通过将作为主要成分使用嵌锂材料例如锂化氧化锰、锂化氧化钴、锂化氧化镍或其组合即合成氧化物的负极活性材料112b结合到由利用铝、镍或其组合制成的薄片形成的负极集电器112a获得的负极电极112，和通过将作为主要成分使用锂金属、锂合金或者嵌锂材料例如碳、石油焦炭、活性碳、石墨或者其它的碳的正极活性材料114b结合到由利用铜、金、镍、铜合金或其组合制成的薄片形成的正极集电器114a获得的正极电极114。
根据以上实施例，隔膜16、外部隔膜18、18a和18b和将在下面描述的补充性隔膜330可以用不同的材料形成，然而它们优选地用相同的材料形成。而且，这些隔膜16、18、18a、18b和330可以优选地是能够通过热熔合结合的，以制造电池胞或者双电池胞10、20、110、120、210和220，和/或电极组件。隔膜16、外部隔膜18、18a和18b和补充性隔膜330中的每一个均可以包括从下述组成的组中选出的任何一种：多微孔聚乙烯薄膜，多微孔聚丙烯薄膜，由这些薄膜的组合制成的多层薄膜，和用于由聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或者聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物制成的聚合物电解质的多微孔聚合物薄膜。
图7是示意根据本发明优选示例性实施例的用于二次电池的电极组件的分解截面视图。图8是图7的组装截面视图。
参考图7和8，根据本发明优选示例性实施例的电极组件300是单独地通过堆叠过程而非通过根据传统技术所使用的堆叠和折叠这两个过程构造的。电极组件300包括在彼此之上顺序地或者交替地堆叠或者层叠的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞10、110和210，和相应的堆叠型电池胞或者双电池胞20、120和220。即，根据这个实施例的电极组件300包括在适当的条件下按照顺序堆叠或者层叠的、期望数目的、改进的堆叠型电池胞或者双电池胞10、110和210，和期望数目的、相应的堆叠型电池胞或者双电池胞20、120和220，每一个电池胞由在彼此之上堆叠或者层叠的多个电极和多个隔膜构成。
具体地，如在图7和8中所示，根据本发明优选示例性实施例的电极组件300包括在彼此之上顺序堆叠的、在最外侧处具有第一外部隔膜18a的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞210/相应的堆叠型电池胞或者双电池胞120/改进的堆叠型电池胞或者双电池胞110/相应的堆叠型电池胞或者双电池胞220，和在相应的堆叠型电池胞或者双电池胞220的最外侧处被与第二正极电极214的正极集电器212a接触地堆叠或者层叠的补充性隔膜330。虽然这个实施例示出在彼此之上顺序地或者交替地层叠的两个改进的堆叠型电池胞或者双电池胞和两个相应的堆叠型电池胞或者双电池胞堆叠，但是对于本领域普通技术人员而言明显的是，可以根据期望电池容量等适当地选择所使用的堆叠型电池胞或者双电池胞的数目。
同时，即使图7和8描绘了负极和正极位于堆叠或者层叠电极组件的最外层处，但是它只是一个实例，并且优选的是，电极组件被堆叠或者层叠以使得正极位于电极组件的两侧处。另外，在此情形中，最外正极的外表面可以不利用正极活性材料涂覆，并且即使在此情形中，第二电池也不具有任何容量损失。优选地，被置于电极组件的最外层处的正极可以具有不同的厚度并且还可以被配置为比其它相邻正极更薄。
在可替代实例中，堆叠或者层叠电极组件可以被配置以使得仅负极被置放在其最外层处。这里，每一个负极优选地不利用负极活性材料涂覆和/或与其它负极相比利用较少的负极活性材料涂覆。
图9是示意根据本发明另一优选示例性实施例的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的结构的概略截面视图。图10是示意用于与图9的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞一起构造用于二次电池的电极组件的、相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的结构的概略截面视图。在图1到8中示意的具有相同附图标记的元件被视为具有相同的功能。
参考图9，根据本发明另一优选示例性实施例的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞30包括按照顺序堆叠的第二电极14/隔膜16/第一电极12/隔膜16/第二电极14的结构，和分别在第二电极14的外侧上堆叠的外部隔膜18。图9的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞30具有-所谓的“C型”双电池胞结构。
参考图10，以图9的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞30使用的相应的堆叠型电池胞或者双电池胞40对应于传统的堆叠型电池胞或者双电池胞，并且具有按照顺序堆叠的第一电极12/隔膜16/第二电极/14/隔膜16/第一电极12的结构。
如在图9和10中所示，第一电极12是负极电极，并且第二电极14是正极电极。
图11是示意图9的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的一个实例的截面视图。
参考图11，改进的堆叠型电池胞或者双电池胞130具有按照顺序堆叠的外部隔膜18/正极电极114/隔膜16/负极电极112/隔膜16/正极电极114/外部隔膜18的结构。这里，正极电极114包括正极集电器114a和在正极集电器114a的两侧上涂覆的正极活性材料114b，并且负极电极112包括负极集电器112a和在负极集电器112a的两侧上涂覆的负极活性材料112b。
图12是示意图9的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞的另一个实例的截面视图。
参考图12，改进堆叠型电池胞或者双电池胞230具有按照顺序堆叠的第一外部隔膜18a/第一正极电极232/隔膜16/负极电极112/隔膜16/第二正极电极114/第二外部隔膜18b的结构。这里，第一正极电极232包括与第一外部隔膜18a接触的正极集电器232a，和在正极集电器232a的一侧上涂覆以与隔膜16形成接触的正极活性材料232b。如下述，在电极组件400的制造中的堆叠过程期间，改进的堆叠型电池胞或者双电池胞230可位于二次电池的电极组件400的任何一个最外侧处。图11的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞130还可以被置于电极组件400的最外侧处，并且根据容量（性能），这可以是有利的。
图13是示意图10的、相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的一个实例的截面视图。
参考图13，相应的堆叠型电池胞或者双电池胞140具有按照顺序堆叠的负极电极112/隔膜16/正极电极114/隔膜16/负极电极112的结构。这里，负极电极112包括负极集电器112a和在负极集电器112a的两侧上涂覆的负极活性材料112b，并且正极电极114包括正极集电器114a和在正极集电器114a的两侧上涂覆的正极活性材料114b。在电极组件的堆叠过程期间，如在以下描述地，相应的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞140的负极电极112与图11的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞130的外部隔膜18和/或图12的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞230的第二外部隔膜18b相接触地堆叠。
图14是示意图10的、相应的堆叠型电池胞或者双电池胞的另一个实例的截面视图。
参考图14，相应的堆叠型电池胞或者双电池胞240具有按照顺序堆叠或者层叠的第一负极电极112/隔膜16/正极电极114/隔膜16/第二负极电极242的结构。这里，第一负极电极112等同于以上实施例的负极电极112并且包括负极集电器112a和在负极集电器112a的两侧上涂覆的负极活性材料112b，并且第二负极电极242包括负极集电器242a和在负极集电器242a的一侧上涂覆的负极活性材料242b。如下述，在电极组件400的堆叠过程期间，相应的堆叠型电池胞或者双电池胞240可位于电极组件400的最外侧处。图13的、相应的堆叠型电池胞或者双电池胞130也可以被置于电极组件400的最外侧处。
图15是示意根据本发明另一优选示例性实施例的用于二次电池的电极组件的分解截面视图。图16是图15的组装截面视图。
参考图15和16，类似参考图7和8描述的电极组件300，根据一个实施例的电极组件400是单独地通过堆叠过程而非通过根据传统技术使用的堆叠和折叠这两个过程构造的。电极组件400包括按照顺序堆叠或者层叠的、改进的堆叠型电池胞或者双电池胞30、130和230，和相应的堆叠型电池胞或者双电池胞40、140和240。即，根据这个实施例的电极组件400包括在适当的条件下按照顺序地或者交替地堆叠或者层叠的、期望数目的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞30、130和230，和期望数目的相应的堆叠型电池胞或者双电池胞40、140和240，每一个电池胞由在彼此之上堆叠或者层叠的多个电极和多个隔膜构成。
具体地，根据这个实施例的电极组件400包括按顺序堆叠的、：具有第一外部隔膜18a的改进的堆叠型电池胞或者双电池胞230/相应的堆叠型电池胞或者双电池胞140/改进的堆叠型电池胞或者双电池胞130/相应的堆叠型电池胞或者双电池胞240的结构，和在相应的堆叠型电池胞或者双电池胞240的最外侧处与第二负极电极242的负极集电器242a相接触地堆叠的补充性隔膜330。在此情形中，可以根据需要调节所使用的堆叠型电池胞或者双电池胞的数目。
在下文中，描述了根据本发明优选示例性实施例的一种用于制造用于二次电池的电极组件的方法。
根据该实施例的用于制造用于二次电池的电极组件的方法包括：（a）制备具有按照顺序堆叠或者层叠的外部隔膜18/第二电极14/隔膜16/第一电极12/隔膜16/第二电极14/外部隔膜18的结构的、改进的堆叠型电池胞或者双电池胞10；（b）制备具有按照顺序堆叠或者层叠的第一电极12/隔膜16/第二电极14/隔膜16/第一电极12的结构的相应的堆叠型电池胞或者双电池胞20；和（c）在彼此之上顺序地或者交替地堆叠或者层叠多个改进的堆叠型电池胞或者双电池胞10和多个相应的堆叠型电池胞或者双电池胞20。
这里，步骤（a）和（b）的顺序不是关键性的。步骤（b）等同于用于制造传统的堆叠型电池胞或者双电池胞的方法。在步骤（a）中，外部隔膜18被分别地堆叠在传统的堆叠型电池胞或者双电池胞的最外侧处，随后层叠。如在以上实施例中描述地，在步骤（a）和（b）中制备的堆叠型电池胞或者双电池胞10和20在以交替的方式布置极性时被组装。
当改进的堆叠型电池胞或者双电池胞10和相应的堆叠型电池胞或者双电池胞20被顺序堆叠时，根据这个实施例的用于制造电极组件的方法可以进一步包括在相应的堆叠型电池胞或者双电池胞20的最外侧处在不具有在改进的堆叠型电池胞或者双电池胞10中使用的外部隔膜18的、相应的堆叠型电池胞或者双电池胞20的任何一个电极上堆叠补充性隔膜330。补充性隔膜330可以保护最外电极。
在以上实施例中，使用了术语“改进的堆叠型电池胞或者双电池胞”和“相应的堆叠型电池胞或者双电池胞”，然而每一个可以分别地被称作“第一堆叠型电池胞或者双电池胞”和“第二堆叠型电池胞或者双电池胞”。而且，当在不带外部隔膜的电池胞或者双电池胞位于电极组件的最外侧处时将改进的堆叠型电池胞或者双电池胞和相应的堆叠型电池胞或者双电池胞在彼此之上顺序地或者交替地堆叠几次时，补充性隔膜被进一步堆叠在电极组件上以保护集电器（电极）。然而，对于本领域普通技术人员而言明显的是，在电极组件中改进的堆叠型电池胞或者双电池胞和相应的堆叠型电池胞或者双电池胞这两类中任何一类的数目可以比另一类多一，如果有必要的话。
在以上实施例中，根据本发明的堆叠型电池胞包括具有负极电极/隔膜/正极电极/隔膜/负极电极的结构的所谓3堆叠电池胞和在堆叠电池胞的最外侧上同时地或者顺序地堆叠的外部隔膜，然而本发明在这方面不受限制。对于本领域普通技术人员而言明显的是，在可替代实施例中，根据本发明的堆叠型电池胞可以包括例如具有按照顺序堆叠的正极电极/隔膜/负极电极/隔膜/正极电极/隔膜/负极电极/正极电极的结构的5堆叠电池胞和在堆叠电池胞的最外侧上同时地或者顺序地堆叠的外部隔膜、具有按照顺序堆叠的负极电极/隔膜/正极电极/隔膜/负极电极/隔膜/正极电极/隔膜/负极电极/正极电极/隔膜/负极电极的结构的7堆叠电池胞和在堆叠电池胞的最外侧上同时地或者顺序地堆叠的外部隔膜，或者大于7堆叠电池胞的奇数堆叠电池胞和在堆叠电池胞的最外侧上同时地或者顺序地堆叠的外部隔膜。
另外，本领域普通技术人员可以理解，可以堆叠多个这种3堆叠电池胞或者可以使用其中根据期望容量堆叠或者层叠至少一个3堆叠/5堆叠/7堆叠电池胞的结构。
而且，对于本领域普通技术人员而言明显的是，在另一可替代实施例中，包括在彼此之上堆叠或者层叠的多个A型堆叠电池胞或者C型堆叠电池胞和同时被层叠到堆叠体上的外部隔膜的电极组件的外侧可以通过使用固定薄膜的热熔合而被紧固，该固定薄膜由与隔膜相同的材料或者从聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚酯（PET）等制成。
在另一优选实施例中，在以上实施例中使用的补充性隔膜可以竖直地延伸，并且补充性隔膜的延伸部可以被用于缠绕堆叠体。可替代地，第二补充性隔膜可以被用于缠绕补充性隔膜和堆叠体这两者。在此情形中，第二补充性隔膜可以是典型的胶带，或者由与在这里描述的相同的材料制成的隔膜（例如，在以后描述的、带有涂层的安全性增强隔膜（SRS））。换言之，在堆叠体、补充性隔膜和第二补充性隔膜之间的每一个隔膜可以用相同的材料或者不同的材料形成。
优选地，在以上实施例中使用的隔膜是带有涂层的SRS隔膜。
带有涂层的SRS隔膜可以在隔膜的至少一个表面上具有多孔涂层。从多个无机颗粒和粘结聚合物的混合物形成该多孔涂层。
用于形成多孔涂层的无机颗粒不限于具体类型的无机颗粒，只要它们是电化学稳定的。即，能够在本发明中使用的无机颗粒可以是任何无机颗粒，只要它们在所要应用的电化学装置的操作电压范围（例如，在Li/Li+的情形中0到5V）内并不引起氧化和/或还原。特别当无机颗粒具有高介电常数时，在液体电解质中的电解质盐，例如，锂盐的离解度可以增加，这导致电解质的离子导电性得以改进。
由于以上原因，无机颗粒优选地具有等于5或者更大、更加优选地10或者更大的高介电常数。具有等于5或者更大的介电常数的无机颗粒包括但是不限于BaTiO3、Pb（Zr、Ti）O3（PZT）、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3（PLZT）、PB（Mg1/3Nb2/3）O3-PbTiO3（PMN-PT）、二氧化铪（HfO2）、SrTiO3、SnO2、CeO2、MgO、NiO、CaO、ZnO、ZrO2、Y2O3、Al2O3、TiO2，或者上述的混合物。
作为无机颗粒，可以使用能够迁移锂离子的无机颗粒，即，具有携带锂离子和保持锂原子的功能而不存储锂的无机颗粒。能够迁移锂离子的无机颗粒包括但是不限于锂磷酸盐（Li3PO4）、锂钛磷酸盐（LixTiy（PO4）3，0<x<2，0<y<3）、锂铝钛磷酸盐（LixAlyTiz（PO4）3，0<x<2，0<y<1，0<z<3）、（LiAlTiP）xOy基玻璃（0<x<4，0<y<13）诸如14Li2O-9Al2O3-38TiO2-39P2O5、锂镧钛酸盐（LixLayTiO3，0<x<2，0<y<3）、锂锗硫代磷酸盐（LixGeyPzSw，0<x<4，0<y<1，0<z<1，0<w<5）诸如Li3.25Ge0.25P0.75S4、锂氮化物（LixNy，0<x<4，0<y<2）诸如Li3N、SiS2基玻璃（LixSiySz，0<x<3，0<y<2，0<z<4）诸如Li3PO4-Li2S-SiS2、P2S5基玻璃（LixPySz，0<x<3，0<y<3，0<z<7）诸如LiI-Li2S-P2S5，或者它们的混合物。
在多孔涂层中的无机颗粒的颗粒尺寸不限于特定值，然而，如果可能，颗粒尺寸优选地在从0.001到10μm的范围，从而形成具有均匀厚度的涂层并且确保适当的孔隙度。如果颗粒尺寸小于0.001μm，则无机颗粒的分散性质可以劣化。如果颗粒尺寸大于10μm，则多孔涂层的厚度可以增加，并且因此，在电池充电或者放电时，由于大孔隙尺寸，内部短路的可能性可以增加。
在多孔涂层中包含的粘结聚合物可以是在本技术领域中传统上被用于在隔膜上形成多孔涂层的任何聚合物。特别地，具有在-200C和200之间的玻璃转化温度（Tg）的聚合物是优选的，因为所得多孔涂层的机械性质诸如柔性和弹性能够得以改进。这种粘结聚合物用作连接或者稳定地固定无机颗粒或者将无机颗粒连接或者稳定地固定到隔膜的粘结剂。
而且，粘结聚合物并不是必须具有离子传导性。然而，粘结聚合物的离子导电性可以进一步改进电化学装置的性能。因此，粘结聚合物优选地具有尽可能高的介电常数。在实践中，在电解质中的盐的离解度依赖于在电解质中使用的溶剂的介电常数。相应地，粘结聚合物的更高介电常数可以导致在电解质中的盐的更高离解度。粘结聚合物的介电常数处于在1.0和100（如在1kHz的频率下测量的）之间的范围中，特别优选地等于10或者更大。
除了上述功能，粘结聚合物可以具有当利用液体电解质浸渍时通过凝胶作用而呈现高度膨胀的的特性。优选地，聚合物具有15到45MPa1/2，更加优选地15到25MPa1/2和30到45MPa1/2的溶解参数。相应地，与疏水性聚合物诸如聚烯烃相比，具有很多极性官能团的亲水聚合物是优选的。当溶解参数小于15MPa1/2并且大于45MPa1/2时，聚合物难以在用于电池的典型液体电解质中膨胀。
聚合物包括但是不限于聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚聚环氧乙烷、醋酸纤维素、醋酸纤维素丁酸盐、醋酸纤维素丙酸、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、八蔗糖、支链淀粉，和carboxymetyl纤维素。
优选地，在根据本发明的隔膜基板上形成的多孔涂层中无机颗粒和粘结聚合物的组分比率在例如在50:50和99:1之间，更加优选地在70:30和95:5之间。当组分比率小于50:50时，高含量的聚合物可以降低多孔涂层的孔隙尺寸和孔隙度。当无机颗粒的含量超过按照重量99份时，低含量的粘结聚合物可以减小多孔涂层的剥离阻力。多孔涂层的孔隙尺寸和孔隙度不限于具体的值，然而孔隙尺寸优选地范围从0.001μm到10μm并且孔隙度优选地范围从10%到90%。孔隙尺寸和孔隙度主要地依赖于无机颗粒的颗粒尺寸。例如，当孔隙尺寸为1μm或者更小时，孔隙度为大约1μm或者更小。这个孔隙结构填充有将在以后注射的电解质，并且填充的电解质提供离子迁移功能。当孔隙尺寸和孔隙度分别地小于0.001μm和10%，时，多孔涂层可以用作抗层。当孔隙尺寸和孔隙度分别地超过10μm和90%时，机械性质可以劣化。
对于棱形或者袋型电池而言，根据以上实施例的电极组件是非常有用的。通常，当二次电池被封装时，液体电解质被填充到容器中，该容器可以包括铝制棱形外壳或者铝制层叠薄膜。
而且，对于本领域普通技术人员而言明显的是，应用根据本发明的各种实施例的双电池胞和使用该电池胞的电极组件可以被扩大至类似的工业领域诸如超级电容器、超电容器、另一种类型的二次电池、原电池、燃料电池、各种传感器、电解设备、电化电池等。
以上已经描述了多个实例。尽管如此，仍然将会理解可以作出各种修改。例如，如果按照不同的顺序执行所描述的技术和/或如果在所描述的系统、体系结构、装置或者电路中的构件被以不同的方式组合和/或被其它构件或者它们的等价形式替代或者补充，则可以实现适当的结果。相应地，其它实现是在权利要求的范围内的。

Claims (2)

1.一种用于制造用于二次电池的电极组件的方法，所述方法包括：
制备具有按照顺序布置并且彼此连接的外部隔膜/第二电极/隔膜/第一电极/隔膜/第二电极/外部隔膜的堆叠体或层叠体的至少一个第一堆叠型电池胞；
制备具有按照顺序布置并且彼此固定的第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极的堆叠体或层叠体的至少一个第二堆叠型电池胞；和
交替地堆叠所制备的至少一个第一堆叠型电池胞和所制备的至少一个第二堆叠型电池胞。
2.根据权利要求1的用于制造用于二次电池的电极组件的方法，进一步包括：
在所述电极中不具有所述外部隔膜的任何一个的外表面上堆叠补充性隔膜。
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