CN103380528A - 线缆型二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种线缆型二次电池，所述线缆型二次电池包括电极组件和能够包围所述电极组件的盖罩，所述电极组件包括第一极性电极、第二极性电极和设置在所述两个电极之间的隔离物或电解质层。所述电极各自具有伸长的形状和其中在集电器的表面上涂布有电极活性材料的结构，所述集电器的与其纵向方向垂直的横截面的形状为圆形、椭圆形或多边形，所述盖罩包括由穿过垂直于所述线缆型二次电池的纵向方向的横截面的中心的水平面分开的上半部和下半部，并且所述上半部是导热覆盖构件且所述下半部是绝热覆盖构件。

Description

线缆型二次电池
技术领域
本发明涉及形状自由变化的线缆型二次电池，更具体地涉及包含盖罩的线缆型二次电池，所述盖罩包围线缆型电极组件并具有导热和绝热两种功能。
本申请要求于2011年2月17日在韩国提交的韩国专利申请10-2011-0014162号的优先权，通过参考将其完整内容并入本文中。
本申请要求于2012年2月17日在韩国提交的韩国专利申请10-2012-0016439号的优先权，通过参考将其完整内容并入本文中。
背景技术
无线通信技术近来的发展导致移动装置的普及。为了与先进的无线技术保持同步，存在必须使用二次电池作为装置的电源的强烈趋势。另一方面，为了防止环境污染，目前正在开发电动汽车和混合动力汽车。这些车辆也使用二次电池作为电源。
在许多其他工业领域中，二次电池的使用频率急剧提高。二次电池的功率输出、容量和结构根据使用其的应用中所要求的特性而变得更加多样化。
通常，二次电池包含具有其中将隔离物设置在阴极与阳极之间的构造的电极组件，所述阴极与阳极各自通过将电极活性材料施加到平面集电器的表面上而制造。通常将电极组件与液体或固体电解质一起容纳在由铝层压片制成的圆柱形或棱柱形金属罐或袋型壳中。或者，电极组件可以具有其中将片状阴极/隔离物/阳极结构卷绕的果冻卷构造、或者其中将多个薄板状单元电极顺序层压的结构。这种构造或结构在提高二次电池的容量方面是有利的。在任意情况中，电极组件结构的所有电极(即阴极和阳极)都基本为平面形状。
这种常规平面电极结构的优势在于卷绕或层压时的高度集成化，但具有的限制在于，其难以随工业领域的需要而进行结构性改变。平面电极结构在充放电期间易于发生电极体积的变化。平面电极结构的其他问题是，由单电池产生的气体不易排出到外部，且电极之间的电位差可能大。
特别地，为了响应消费者的各种需要，在市场上已经呈现了各种使用二次电池的装置，且其设计增加了重要性。尽管具有这种趋势，但即使特定设计的装置仍需要可以安装具有传统结构和/或形状(圆柱形、棱柱形或袋型)的二次电池的附加的面积或空间。认为这种需要是扩展无线技术或克服设计的限制中的主要障碍。例如，为了将二次电池安装在新开发装置的窄且长的空间内，对包含基于目前使用的平面电极的电极组件的二次电池进行结构性改变是基本不可能的或非常低效的。即，常规的圆柱形、硬币型和棱柱形电池由于其预定形状而难以根据其使用位置以任意方式进行结构性改变(例如扭曲或弯曲)。在为了解决这些问题而进行的尝试中，在由本申请人在2006年1月17日提交并在2008年2月12日授权的韩国专利10-0804411号中公开了具有新结构的电极组件和包含其的二次电池，通过参考将所述专利的内容以其完整形式并入本文中。
然而，在充放电期间从二次电池(下文中也称作“线缆型二次电池”)中产生热，从而导致电池的温度升高。结果，电池遭受性能劣化且使用者会感觉不适或者甚至在与电池接触时会被灼伤。
发明内容
技术问题
为了解决现有技术的问题而设计了本发明，因此本发明的目的是提供一种结构改进的线缆型二次电池，其在保持良好的稳定性和性能的同时形状易于变化。
技术方案
根据本发明，提供一种线缆型二次电池，包含：电极组件，所述电极组件包含第一极性电极、第二极性电极和设置在所述两个电极之间的隔离物或电解质层，所述电极各自具有伸长的形状和其中在集电器的表面上施加有电极活性材料的结构，所述集电器在垂直于其纵向方向上的横截面的形状为圆形、椭圆形或多边形；和能够包围所述电极组件的盖罩，其中所述盖罩包含作为上半部的导热覆盖构件和作为下半部的绝热覆盖构件，所述上半部和所述下半部由穿过垂直于所述线缆型二次电池的纵向方向的横截面的中心的水平面分开。
所述导热覆盖构件可以由包含热塑性聚合物树脂和填料的混合物构成。基于100重量份的热塑性聚合物树脂，所述填料优选以20～70重量份的量存在。例如，构成所述导热覆盖构件的所述热塑性聚合物树脂可以选自聚烯烃、聚甲醛、聚酰胺、聚砜、聚酯、聚碳酸酯和聚氯乙烯。所述填料可以为例如氧化铝、氧化铁或氧化铍。
所述绝热覆盖构件可以包含选自如下的至少一种聚合物：聚酯、聚酰胺、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺硅氧烷、聚氨酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯。
所述第一极性电极具有与所述第二极性电极的极性相反的极性。即，当所述第一极性电极为阳极时，所述第二极性电极为阴极，或反之亦然。优选地，所述第一极性电极为阳极且所述第二极性电极为阴极。
优选地，所述第一和第二极性电极的所述集电器各自独立地由如下制成：不锈钢；铝；镍；钛；焙烧碳；铜；经碳、镍、钛或银表面处理过的不锈钢；铝-镉合金；经导电材料表面处理过的不导电聚合物；或导电聚合物。例如，所述导电材料可以选自：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚(氮化硫)、铟锡氧化物(ITO)、铜、银、钯和镍。例如，所述导电聚合物可以选自：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚(氮化硫)。
例如，所述第一极性电极的电极材料可以选自：碳质材料如天然石墨和人造石墨；金属(Me)如含锂的钛复合氧化物(LTO)、Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe；所述金属(Me)的合金；所述金属(Me)的氧化物(MeOx)；以及所述金属(Me)与碳的复合物。例如，所述第二极性电极的电极材料可以选自：LiCoO2、LiNiO2、Li2Mn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2和LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(其中M1和M2各自独立地选自：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z表示氧化物的相应构成元素的原子分数并满足关系0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，x+y+z≤1)。
例如，所述电解质层可由如下电解质形成：使用PEO、PVdF、PMMA、PAN或PVAC的凝胶型固体电解质；或者使用PEO、聚环氧丙烷(PPO)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚亚乙基硫化物(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固体聚合物电解质。
所述电解质层可还包含锂盐。例如，所述锂盐可以选自：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂和四苯基硼酸锂。
有益效果
在本发明的线缆型二次电池中使用导热覆盖构件作为上半部能够促进源自电池的热的释放，从而有助于改进电池的稳定性和性能。另外，使用绝热覆盖构件作为下半部能够阻挡向电池外部传热。因此，本发明的线缆型二次电池不会使得使用者的皮肤感觉不适并防止了他/她的皮肤在与电池接触时会被灼伤的可能性。
附图说明
附图显示了本发明的优选实施方式，并与上述发明内容一起，用于进一步理解本发明的技术主旨。然而，不能将本发明解释为受限于所述附图。
图1是根据实施方式的线缆型二次电池的视图。
图2是根据实施方式的线缆型二次电池的视图。
具体实施方式
下文中，将参考附图对本发明的优选实施方式进行详细说明。在说明之前，应理解，不应将说明书和附属权利要求书中使用的术语解释为受限于普通和词典的含义，而是应在使得本发明人可对术语适当限定以进行最好说明的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相对应的含义和概念对所述术语进行解释。
图1和2示意性显示了根据本发明的线缆型二次电池的实施方式。然而，本文中提供的说明只是仅用于说明性目的的优选实例，不旨在限制本发明的范围，从而应理解，在不背离提交本申请时的本发明的主旨和范围的条件下可对其完成其他等价物和变体。
参考图1，本发明的线缆型二次电池100包括：电极组件10，所述电极组件10包含第一极性电极、第二极性电极和设置在所述两个电极之间的隔离物或电解质层，所述电极各自具有伸长的形状和其中在集电器的表面上施加有电极活性材料的结构，所述集电器在垂直于其纵向方向上的横截面的形状为圆形、或者对称或不对称的椭圆形或者多边形；和能够包围所述电极组件的盖罩20，其中所述盖罩包括作为上半部21的导热覆盖构件和作为下半部22的绝热覆盖构件，所述上半部21和所述下半部22由穿过垂直于所述线缆型二次电池的纵向方向的横截面的中心的水平面分开。本发明的线缆型二次电池具有在其纵向方向上延伸的线性结构并由于其柔性而能够自由改变形状。
第一极性电极具有与第二极性电极的极性相反的极性。即，当第一极性电极为阳极时，第二极性电极为阴极，或反之亦然。优选地，第一极性电极为阳极且第二极性电极为阴极。
电极组件10的形状没有特别限制，只要其能够通过包括阳极、阴极和作为所述电极之间的离子通道的隔离物或电解质而发挥普通的电化学功能即可，所述阳极由阳极集电器和结合至所述阳极集电器的阳极活性材料构成，且所述阴极由阴极集电器和结合至所述阴极集电器的阴极活性材料构成。
可通过穿过垂直于线缆型二次电池的纵向方向的横截面的中心的水平面将包围电极组件10的盖罩20分为上半部21和下半部22。所述横截面不必等分为上半部21和上半部22。或者，上半部21或下半部22中的一部也可以占据比另一部更大的面积。
在充放电期间由常规电池的电极组件产生的热将电池的温度提高至预定水平之上。这种现象使得电池的电极组件或电解质溶液发生分解，结果产生大量气体。作为上半部21的导热覆盖构件用于将在充放电时由电极组件10产生的热释放至外部。这种热释放防止线缆型二次电池的过度温度升高。
作为下半部22的绝热覆盖构件用于阻挡将在充放电时由电极组件10产生的热传递至外部，从而在覆盖构件的外部不能感觉到内部的温度升高。特别地，本发明的线缆型二次电池的形状可以以腕表的形式发生变化。在此情况中，尽管本发明的线缆型二次电池与穿戴者的皮肤直接接触，但其不会对他/她的皮肤造成不适且能够防止他/她的皮肤会被灼伤的可能性。因此，本发明的线缆型二次电池能够通过其防止传热的功能而发挥使得穿戴者可使用应用的重要功能。
参考图2，根据实施方式的线缆型二次电池200具有椭圆形横截面。线缆型二次电池200可以通过连接其两端而以腕表形式应用于装置中。在此情况中，与穿戴者的手腕直接接触的下半部22能够阻挡传热，从而不会造成他/她的不适并保护他/她免受灼伤的危险。不与手腕直接接触的上半部21使得可以将源自电池的热通过其释放至外部，从而能够保持电池的热稳定性和性能。
可以通过将预先分别制备的上半部21与下半部22接合而制造盖罩20。或者，可以通过同时挤出上半部21用材料和下半部22用材料而制造盖罩20。
导热覆盖构件可以由包含热塑性聚合物树脂和填料的混合物构成。基于100重量份的热塑性聚合物树脂，填料优选以20～70重量份的量存在。如果填料的含量小于20重量份，则导热覆盖构件的热导率不令人满意。同时，如果填料的含量超过70重量份，则覆盖构件的柔性发生劣化。作为构成导热覆盖构件的热塑性聚合物树脂，可以使用例如：聚烯烃如聚乙烯或聚丙烯；聚甲醛；聚酯如聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯；聚酰胺；聚砜如聚亚苯基砜；聚碳酸酯；或聚氯乙烯。作为填料，可以使用例如氧化铝、氧化铁或氧化铍。
作为绝热覆盖构件，可以使用例如聚酯、聚酰胺、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺硅氧烷、聚氨酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
盖罩20是绝热体并形成在外部集电器的外表面上以保护电极免受空气中的水分和外部冲击的影响。优选地，第一和第二极性电极的集电器各自独立地由如下制成：不锈钢；铝；镍；钛；焙烧碳；铜；经碳、镍、钛或银表面处理过的不锈钢；铝-镉合金；经导电材料表面处理过的不导电聚合物；或导电聚合物。导电材料可以为例如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚(氮化硫)、铟锡氧化物(ITO)、铜、银、钯或镍。作为导电聚合物，可以使用例如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩或聚(氮化硫)。
作为第一极性电极的活性材料，可以使用例如：碳质材料如天然石墨或人造石墨；金属(Me)如含锂的钛复合氧化物(LTO)、Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni或Fe；所述金属(Me)的合金；所述金属(Me)的氧化物(MeOx)；或所述金属(Me)与碳的复合物。作为第二极性电极的电极材料，可以使用例如：LiCoO2、LiNiO2、Li2Mn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2或LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(其中M1和M2各自独立地选自：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z表示氧化物的相应构成元素的原子分数并满足关系0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，x+y+z≤1)。
例如，电解质层可由如下电解质形成：使用PEO、PVdF、PMMA、PAN或PVAC的凝胶型固体电解质；或者使用PEO、聚环氧丙烷(PPO)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚亚乙基硫化物(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固体聚合物电解质。
电解质层可还包含锂盐。作为锂盐，可以使用例如LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂或四苯基硼酸锂。
对制造具有上述结构的线缆型二次电池的方法进行简要说明。
如上所述，根据实施方式的线缆型二次电池100包括电极组件10和能够包围所述电极组件的盖罩20。所述电极组件10包括阳极、阴极和设置在所述阳极与所述阴极之间的隔离物或电解质层。阳极和阴极各自具有伸长的形状和其中在集电器的表面上施加有电极活性材料的结构，所述集电器在垂直于其纵向方向上的横截面的形状为圆形、椭圆形或多边形。盖罩20具有上半部21和下半部22。
首先，将阳极活性材料涂布在线形式的线性阳极集电器的表面上。可以通过一般的工艺，具体地，电镀或阳极氧化实施涂布以制造阳极。或者，当需要在均匀间隔下涂布活性材料时，可以通过挤出机将包含活性材料的电极浆料挤出涂布在集电器上而制造阳极。
通过以包围阳极活性材料层的方式涂布电解质来形成电解质层。对涂布电解质的方法没有特别限制。考虑到线性线缆型二次电池的特征和电解质层的形成容易性，优选使用挤出涂布。
将阴极活性材料涂布在电解质层的表面上。能够将用于涂布阳极活性材料的相同工艺应用于涂布阴极活性材料。其后，在阴极活性材料层的外表面上形成管形式的阴极集电器。
最后，在管形式的阴极集电器的外表面上形成盖罩。所述盖罩是绝热体并形成在最外表面以保护电极免受空气中的水分和外部冲击的影响。分别制备导热覆盖构件和绝热覆盖构件以作为上半部和下半部。在以包围管形式的阴极集电器的外表面的方式布置导热覆盖构件和绝热覆盖构件之后，在加热下将它们相互粘合以形成盖罩20，从而完成线缆型二次电池的制造。

Claims (14)

1.一种线缆型二次电池，包括：
电极组件，所述电极组件包括第一极性电极、第二极性电极和设置在所述两个电极之间的隔离物或电解质层，所述电极中的每一个具有伸长的形状并且具有其中在集电器的表面上施加有电极活性材料的结构，所述集电器的与其纵向方向垂直的横截面的形状为圆形、椭圆形或多边形；和
能够包围所述电极组件的盖罩，
其中所述盖罩包括作为上半部的导热覆盖构件和作为下半部的绝热覆盖构件，所述上半部和所述下半部由穿过与所述线缆型二次电池的纵向方向垂直的横截面的中心的水平面分开。
2.如权利要求1所述的线缆型二次电池，其中，所述导热覆盖构件包含100重量份的热塑性聚合物树脂和20～70重量份的填料。
3.如权利要求2所述的线缆型二次电池，其中，所述热塑性聚合物树脂选自聚烯烃、聚甲醛、聚酰胺、聚砜、聚酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、以及它们的混合物。
4.如权利要求2所述的线缆型二次电池，其中，所述填料选自氧化铝、氧化铁、氧化铍、以及它们的混合物。
5.如权利要求1所述的线缆型二次电池，其中，所述绝热覆盖构件包含选自如下组的至少一种聚合物：聚酯、聚酰胺、聚醚砜、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚酰胺硅氧烷、聚氨酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯和聚甲基丙烯酸甲酯。
6.如权利要求1所述的线缆型二次电池，其中，所述第一极性电极为阳极，且所述第二极性电极为阴极。
7.如权利要求1所述的线缆型二次电池，其中，所述第一极性电极的电极材料选自：碳质材料，包括天然石墨和人造石墨；金属(Me)，包括含锂的钛复合氧化物(LTO)、Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe；所述金属(Me)的合金；所述金属(Me)的氧化物(MeOx)；所述金属(Me)与碳的复合物；以及它们的混合物。
8.如权利要求1所述的线缆型二次电池，其中，所述第二极性电极的电极材料选自：LiCoO2、LiNiO2、Li2Mn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2、LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(其中M1和M2各自独立地选自：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z表示氧化物的相应构成元素的原子分数并满足关系0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，x+y+z≤1)、以及它们的混合物。
9.如权利要求1所述的线缆型二次电池，其中，所述第一极性电极和第二极性电极的所述集电器各自独立地由如下材料制成：不锈钢；铝；镍；钛；焙烧碳；铜；经碳、镍、钛或银表面处理过的不锈钢；铝-镉合金；经导电材料表面处理过的不导电聚合物；或导电聚合物。
10.如权利要求9所述的线缆型二次电池，其中，所述导电材料选自：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚(氮化硫)、铟锡氧化物(ITO)、铜、银、钯、镍、以及它们的混合物。
11.如权利要求9所述的线缆型二次电池，其中，所述导电聚合物选自：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚(氮化硫)、以及它们的混合物。
12.如权利要求1所述的线缆型二次电池，其中，所述电解质层由选自如下组的电解质形成：使用PEO、PVdF、PMMA、PAN或PVAC的凝胶型固体电解质；和使用PEO、聚环氧丙烷(PPO)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚亚乙基硫化物(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固体聚合物电解质。
13.如权利要求1所述的线缆型二次电池，其中，所述电解质层还包含锂盐。
14.如权利要求13所述的线缆型二次电池，其中，所述锂盐选自：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、以及它们的混合物。
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