CN103959542B - 电极组件、所述电极组件的制造方法和包含所述电极组件的电化学电池 - Google Patents

电极组件、所述电极组件的制造方法和包含所述电极组件的电化学电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种单元结构的制造方法和包含其的电化学电池，所述单元结构用于完成通过堆叠法形成的电极组件。所述电极组件的制造方法的特征在于，通过如下制造所述单元结构：实施层压并形成具有第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极结构的双电池的第一工序；实施将第一隔膜层压在两个第一电极中的一个第一电极上的第二工序；并实施将第二隔膜/第二电极依次层压在所述两个第一电极中的另一个第一电极上的第三工序。

Description

电极组件、所述电极组件的制造方法和包含所述电极组件的电化学电池
技术领域
本发明涉及一种电极组件形成用的单元结构的制造方法、所述电极组件的制造方法和包含所述电极组件的电化学电池(electrochemicalcell)，所述电极组件通过不同于折叠法的堆叠法制造。
背景技术
本申请要求在韩国知识产权局于2012年6月28日提交的韩国专利申请10-2012-0069831号和2013年6月27日提交的韩国专利申请10-2013-0074675号的优先权，通过参考将其内容并入本文中。
二次电池作为电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、并联式混合动力车辆(PHEV)等的电源引起了关注，已经建议将电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、并联式混合动力车辆(PHEV)等作为解决由通常使用的利用化石燃料的汽油车辆、柴油车辆等造成的诸如环境污染的缺陷的替代物。在中型和大型装置如汽车中，由于需要高功率和高容量而使用其中多个电池单元(batterycells)电连接而成的中型和大型电池模块。
然而，由于需要以具有小尺寸和轻重量的方式制造中型和大型电池模块，所以广泛地将可以高度堆叠并在与容量相比时重量轻的方形电池、袋形电池等用作中型和大型电池模块的电池单元。
在电池单元的情况中，包含电极组件。通常，根据包含正极/隔膜/负极结构的电极组件的结构对电极组件进行分类。
典型地，可以将电极组件分为：卷状(卷绕型)电极组件，其中将具有长片状的正极和负极与插入的隔膜一起卷绕；堆叠型(层压型)电极组件，其中将多个正极和负极与插入的隔膜一起切割成特定尺寸的单元并依次堆叠；和堆叠/折叠型电极组件。
首先，对在由本申请人提交的韩国专利申请公开2001-0082059和2001-0082060号中公开的堆叠/折叠型电极组件进行说明。
参考图1，堆叠/折叠结构的电极组件1包含多个重叠的全电池2、3、4…(下文中，将称作“全电池”)作为单元电池(unitcells)，其中依次布置正极/隔膜/负极。在各个重叠部分中，插入隔膜片5。隔膜片5具有可卷绕全电池的单位长度(unitlength)。从中心全电池1b开始的隔膜片5向内弯曲单位长度，同时将各个全电池连续卷绕到最外部的全电池4，从而使其插入全电池的重叠部分中。通过进行热焊接或使用粘合带6进行粘附来完成隔膜片5的末端(distal)部分。通过例如将全电池2、3、4…设置在具有长长度的隔膜片5上并从隔膜片5的一个端部依次进行卷绕，制造堆叠/折叠型电极组件。然而，在这种结构中，可能在中心部中的电极组件1a、1b和2与设置在外部的电极组件3和4之间产生温度梯度，从而产生不同的散热效率。由此，当长时间使用时，电极组件的寿命可能缩短。
通过将两个层压设备用于制造各个电极组件、并使用一个另外的折叠设备作为单独的设备而实施电极组件的制造方法。因此，该制造方法的节拍时间(tacktime)的缩短存在局限。特别地，在通过折叠完成堆叠结构的结构中上下设置的电极组件的精准对齐是困难的。由此，制造具有可靠品质的组件非常困难。
图2显示了A型和C型双电池结构，其为可用于代替上述图1中的堆叠/折叠型结构的电极组件中的全电池的单元结构。在作为卷绕起始点的堆叠/折叠结构的电极组件的中心部分处，可以设置利用隔膜片卷绕的具有(a)正极/隔膜/负极/隔膜/正极结构的双电池(“A型双电池”)或具有(b)负极/隔膜/正极/隔膜/负极结构的双电池(“C型双电池”)。
即，普通的双电池可以具有如下结构：“A型双电池”，具有如图2(a)中所示的依次堆叠双面正极10、隔膜20、双面负极30、隔膜40和双面正极50的堆叠结构；或“C型双电池”，具有如图2(b)中所示的依次堆叠双面负极30、隔膜20、双面正极10、隔膜40和双面负极60的堆叠结构。
在通过应用折叠工序制造的电极组件结构中，可能单独需要折叠设备。当应用双电池结构时，可通过两种类型(即A型和C型)制造双电池并进行堆叠。在进行折叠之前，保持设置在长隔膜片上的双电池之间的精确距离可能非常困难。即，当进行折叠时，上下单元电池(指的是全电池或双电池)的精确对齐可能困难。另外，当制造高容量电池时，可能需要大量时间以改变类型。
现有技术文献
(专利文献1)韩国专利公开2001-0045056号
(专利文献2)韩国专利公开2011-0082745号
发明内容
技术问题
考虑到上述缺陷，本发明的一方面提供电极组件的制造方法和电极组件的结构，通过所述制造方法经由制造一种单元结构可以简化并一体化中型和大型锂离子聚合物电池的制造方法，所述制造方法与必须制造两种类型(A型和C型)的双电池的电极组件的普通制造方法不同，可以降低对设施的投资并可以提高生产率。
本发明的另一方面提供一种具有新型结构的单元结构的制造方法，所述单元结构通过如下制造：使用用于制造普通A型双电池的层压设备和用于制造C型双电池的层压设备，并在不废除的条件下原样使用普通的A型双电池和C型双电池。
技术方案
根据本发明的一方面，提供一种电极组件的制造方法，其中通过如下制造电极组件的单元结构：实施层压并形成具有第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极结构的双电池的第一工序；实施将第一隔膜层压在两个第一电极中的一个第一电极上的第二工序；以及实施将第二隔膜/第二电极依次层压在所述两个第一电极中的另一个第一电极上的第三工序。
根据本发明的另一方面，提供一种电极组件，所述电极组件是通过使用由上述工序形成的单元结构而制造的，并使用所述电极组件制造二次电池与中型和大型电池模块。
有益效果
根据本发明，可以提供电极组件的制造方法和结构，通过所述制造方法经由制造一种单元结构可以简化并一体化中型和大型锂离子聚合物电池，可以降低对设施的设备投资并可以提高生产率。
另外，用于制造普通A型双电池的层压设备和用于制造普通C型双电池的层压设备可以原样使用，且可以在不废除的条件下将普通A型双电池和C型双电池原样用于制造具有新型结构的单元电池。
附图说明
图1是显示普通堆叠/折叠型电极组件的折叠结构的概念图；
图2显示代替图1中的堆叠/折叠型电极组件中的全电池而应用的A型双电池和C型双电池的横截面图；
图3是显示在根据例示性实施方式的电极组件中包含的单元结构的制造工序的方块图；
图4是显示通过使用用于制造图3中的单元结构的制造设备的单元结构的制造工序的示意图；
图5是根据例示性实施方式的单元结构的分解透视图；
图6是根据例示性实施方式的单元结构的横截面图；且
图7显示根据例示性实施方式的电极组件，所述电极组件包含用于固定电极组件的固定构件。
具体实施方式
现在将参考附图对本发明的例示性实施方式进行详细说明。在说明附图时，可以将相同的标号指定给相同的要素，且可以省略其重复说明。尽管本文中可以使用术语第一、第二等来描述各种要素，但这些要素不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一种要素与另一种要素区分开。
根据本发明概念的电极组件的制造方法的核心技术是形成单元结构。特别地，可以通过如下形成单元结构：实施层压并形成具有第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极结构的双电池的第一工序；实施将第一隔膜层压在通过所述第一工序形成的双电池中包含的两个第一电极中的一个第一电极上的第二工序；以及实施将第二隔膜/第二电极依次层压在通过所述第一工序形成的双电池中包含的两个第一电极中的另一个第一电极上的第三工序。
此处，第一电极/第二电极可以为负极/正极或正极/负极。然而，为了便于说明，例如，下文中考虑将第一电极作为负极，并考虑将第二电极作为正极。
参考图3，通过如下可以制造上述结构的单元结构：依次堆叠第一负极材料、隔膜、正极材料、隔膜和第二负极材料；将堆叠结构装载在层压机上；并进行层压以制造具有第一负极/隔膜/正极/隔膜/第二负极结构的双电池(C型双电池)(第一工序)。
然后，可以实施将第一隔膜层压在C型双电池的第二负极上的第二工序，并可以实施将第二隔膜和正极依次层压至第一负极上的第三工序。
由于将同时实施第二工序和第三工序的例示性实施方式示于图3中，所以可以首先实施第二工序中的将第一隔膜设置在第二负极上的步骤和第三工序中将第二隔膜和正极设置在第一负极上的步骤。在实施上述步骤之后，可以实施层压以一起完成第二工序和第三工序。
图4显示在实际制造设备中实施的制造工序，其用于显示作为方块图(图3)概念性显示的单元结构的制造工序。
如图4中所示，可以将第一层压机L1和第二层压机L2设置在沿C型双电池的行进方向上的一条制造线上，从而连续完成第一工序到第三工序。在第一层压机L1中，可以将第一负极材料、隔膜、正极材料、隔膜和第二负极材料依次装载，堆叠，然后层压。此处，装载是指将作为各部件的材料的基础材料(即，第一负极材料、隔膜、正极材料、第二负极材料)供应到层压机内。可以通过装载单元(装载辊)将基础材料同时供应到第一层压机L1，并可以通过第一层压机L1以第一负极140/隔膜150/正极160/隔膜170/第二负极180的顺序对供应的基础材料依次进行堆叠(参见图4中的“X”)。
然后，可以在第二层压机L2中同时实施第二工序和第三工序。即，可以通过第二层压机L2同时实施将第一隔膜110层压在以第一负极140/隔膜150/正极160/隔膜170/第二负极180的顺序堆叠的C型双电池的第二负极180上的第二工序、和将第二隔膜/正极依次层压在第一负极上的第三工序，从而制造单元结构。
在图4中，显示了以卷形将第一隔膜和第二隔膜/正极全部供应到第二层压机L2内的例示性实施方式。然而，可以要求供应不同于卷形的片形的实例。在此情况中，可以依次实施第二工序和第三工序。
另外，即使可以以不同于片形的卷形将第二隔膜/正极两者都供应到第二层压机L2内，仍可以依次实施第二工序和第三工序。例如，参考图4，当利用供应在第二负极180上的第一隔膜110实施层压、并同时停止将要供应的第二隔膜130和正极120装载在第一负极140上时，可以实施第二工序。当利用供应在第一负极140上的第二隔膜130和正极120实施层压、并同时停止将要供应的第一隔膜110装载在第二负极180上时，可以实施第三工序。如上所述，即使当以卷形将第一隔膜和第二隔膜/正极全部供应到第二层压机L2内时，仍可以依次实施第二工序和第三工序。
此处，第二工序和第三工序不必通过第二层压机L2实施。当然，在例示性实施方式中，可以将第二层压机L2专门用于第二工序并可以将单独的层压机专门用于第三工序。
同时，可以通过利用具有胶粘性的涂布材料对隔膜110、130、150和170的表面实施涂布。在此情况中，涂布材料可以为无机粒子和粘合剂聚合物的混合物。此处，无机粒子可以提高隔膜110、130、150和170的热稳定性。即，无机粒子可以防止隔膜110、130、150和170在高温下的收缩。另外，粘合剂聚合物可以固定无机粒子。由此，无机粒子可以具有特定的多孔结构。由于所述多孔结构，即使可以将无机粒子涂布在隔膜110、130、150和170上，离子仍可平稳地从正极移动到负极。另外，可以提高隔膜110、130、150和170的机械稳定性，因为粘合剂聚合物可以将无机粒子稳定地保持在隔膜110、130、150和170上。此外，粘合剂聚合物可以将隔膜更稳定地粘附在电极上。将通过上述方法完成的隔膜的涂布称作安全性增强的隔膜(SRS)涂布。
当涉及单元结构的制造状态时，将电极120和140布置在第二隔膜130的两面上，然而，仅将一个电极180布置在第一隔膜110的一面上。由此，可以将具有胶粘性的涂布材料涂布到第二隔膜130的两面上，并可以将涂布材料仅涂布在第一隔膜110面对电极的一面上。因此，可以降低单元结构的制造成本。另外，由于对于图2中所示的双电池，电极在双电池的两面露出，所以需要两个目视检查设备。然而，对于根据例示性实施方式的单元结构，在第一隔膜110的两面中的一面上不设置电极。由此，可以将目视检查设备仅安装在于单元结构的第一隔膜的相反部分处设置的电极附近。因此，可以降低设备的成本。
作为参考，当将具有胶粘性的涂布材料涂布在隔膜110、130、150和170上时，通过使用特定物体对隔膜110、130、150和170施加直接压力可能是不期望的。隔膜110、130、150和170通常可以从电极向外延伸。由此，可以尝试通过例如声波焊接将隔膜110、130、150和170的边缘部相互焊接。然而，根据声波焊接，需要通过使用称作焊头(horn)的设备对目标物体直接加压。当通过使用称作焊头的设备对隔膜110、130、150和170的边缘部直接加压时，焊头可能因具有胶粘性的涂布材料而粘附至隔膜。在此情况中，设备可能发生故障。由此，当将具有胶粘性的涂布材料涂布在隔膜110、130、150和170上时，通过使用特定物体对隔膜110、130、150和170直接施加压力的工序可能是不期望的。
第二工序和第三工序中用于层压的温度可以比第一工序中用于层压的温度低约20℃～约50℃。第二工序和第三工序中用于层压的压力可以为第一工序中用于层压的压力的约40％～约60％。如上所述，通过区分第二工序和第三工序与第一工序的温度和压力，可以简化加工条件，并可以降低实施所述工序所需要的成本。
另外，对于用于实施第一工序的第一层压机L1之外的其余层压机，施加到上块(block)和下块的温度可以不同。
例如，通过将第二层压机L2与第二隔膜/正极接触的下块的温度保持为比第二层压机L2与第一隔膜接触的上块的温度高约10℃～约30℃，可以减少不必要的功率消耗。
当通过使用普通双电池制造电极组件时，需要分别安装用于制造A型双电池的线装置(lineequipment)和用于制造C型双电池的线装置，并需要堆叠两种双电池。相反，根据例示性实施方式，可以通过仅使用A型双电池和C型双电池中的一种双电池来制造具有相同结构的单元结构。可以由至少一个单元结构或通过堆叠多个单元结构来得到电极组件。由此，可以通过仅使用用于制造A型双电池的线装置和用于制造C型双电池的线装置中的一种线装置来实施第一工序。通过将用于实施第二工序和第三工序的装置连接到线装置，通过连续工艺可以制造单元结构。
图5是根据例示性实施方式的单元结构的分解透视图，且图6是根据例示性实施方式的单元结构的横截面图。通过按上述使用C型双电池或A型双电池可以制造单元结构。例如，当通过使用C型双电池制造单元结构时，可以通过如下制造具有图6中所示结构的单元结构：实施形成具有第一负极140/隔膜150/正极160/隔膜170/第二负极180结构的C型双电池的第一工序；实施将第一隔膜110层压在C型双电池的第二负极180上的第二工序；并实施将第二隔膜130/正极120依次层压在第一负极上的第三工序。
通过使用具有上述结构的单元结构制造电极组件，可以简化并一体化中型和大型锂离子聚合物电池的制造工序。另外，可以降低对设备的投资并可以提高生产率。此外，通过仅应用不同于通常应用的折叠工序的堆叠工序即可以得到二次电池，从而可以简化制造工序，且制造成本可以大大下降。
图7显示用于固定根据例示性实施方式的电极组件的固定构件。
即，根据例示性实施方式的电极组件可还包含用于固定单元结构自身的侧面或周边、或者用于固定通过堆叠多个单元结构而形成的电极组件100的侧面或周边的固定构件T1。
为了确认简单堆叠的结构的堆叠稳定性，可以通过在堆叠的结构的侧面处使用单独的元件而实施固定。通过如图7(a)中所示捆扎堆叠的电极组件的周边、或通过如图7(b)中所示将固定构件T2用于仅固定电极组件的侧面，可以应用这种固定部件。另外，固定部件的材料可以选自与隔膜不同的材料。
当然，除了使用单独的固定部件之外，通过将挤出的隔膜的末端部分焊接到堆叠的电极组件的单元结构的侧面部分，也可以完成电极组件的固定。通过使用选自如下的至少一种可以形成隔膜：具有细孔的聚乙烯膜；聚丙烯膜；通过将所述膜结合而得到的多层膜；聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物的聚合物电解质用聚合物膜。
下文中，将对根据本发明的电极组件的构成要素的特定材料和构造特征进行说明。
[正极结构]
将设置在基本单元(radicalcell)中的电极分为正极和负极并通过将正极和负极与插入其间的隔膜一起结合来制造基本单元。例如通过将正极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物浆料涂布在正极集电器上、干燥并压制可以制造正极。可以根据情况需要将填料添加到混合物中。当以安装在辊上的片状完成正极时，可以提高基本单元的制造速率。
[正极集电器]
通常将正极集电器制成约3～约500μm的厚度。关于正极集电器，可以使用不会诱发电池的化学变化并具有高导电性的材料而没有限制。例如，可以使用不锈钢；铝；镍；钛；煅烧碳；经碳、镍、钛或银表面处理过的铝或不锈钢材料等。通过在正极集电器表面上形成细小的压纹可以提高正极活性材料的胶粘性。正极集电器可以具有诸如膜、片、箔、网、多孔材料、泡沫材料和无纺材料等的各种形状。
[正极活性材料]
锂二次电池用正极活性材料可以包括例如如下而无限制：锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)等的层状化合物或者被一种或多种过渡金属置换的所述化合物；锂锰氧化物如Li1+xMn2-xO4(其中x为0～0.33)、LiMnO3、LiMn2O3以及LiMnO2等；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、Cu2V2O7等；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，x＝0.01～0.3)表示的Ni位点型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，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；其中一部分Li被碱土金属离子置换的LiMn2O4；二硫化合物；Fe2(MoO4)3等。
通常，基于混合物的总量，以1～50重量％的量将导电材料添加到包含正极活性材料的混合物中。可以使用具有导电性而不会诱发电池的化学变化的任意导电材料而没有限制。例如，可以使用石墨如天然石墨、合成石墨等；炭黑如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑等；导电纤维如碳纤维、金属纤维等；金属粉末如氟化碳粉末、铝粉末、镍粉末等；导电晶须如钛酸钾等；导电金属氧化物如二氧化钛等；导电材料如聚亚苯基衍生物等。
粘合剂是帮助活性材料与导电材料和集电器的粘合的组分，且基于包含正极活性材料的混合物的总量，通常以约1～50重量％的量包含。粘合剂的实例可包括聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、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-二烯聚合物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、各种共聚物等。
填料是抑制正极膨胀的组分并可选择性地使用。可以使用不会诱发电池的化学变化并具有纤维相的材料而没有限制。例如，可使用烯烃类聚合物如聚乙烯、聚丙烯等；纤维相材料如玻璃纤维、碳纤维等。
[负极结构]
通过将负极活性材料涂布在负极集电器上、干燥并压制可以制造负极。可以根据情况需要选择性地包含导电材料、粘合剂、填料等。当以可能安装在辊上的片状形成负极时，可以提高基本单元的制造速率。
[负极集电器]
通常将负极集电器制成约3～约500μm的厚度。关于负极集电器，可以使用不会诱发电池的化学变化并具有导电性的材料而没有限制。例如，可以使用铜；不锈钢；铝；镍；钛；煅烧碳；经碳、镍、钛、银表面处理过的铜或不锈钢材料；铝-镉合金等。此外，如同正极集电器，通过在负极集电器的表面上形成细小的压纹可以提高负极活性材料的胶粘性。负极集电器可以具有诸如膜、片、箔、网、多孔材料、泡沫材料、无纺材料等的各种形状。
[负极活性材料]
负极活性材料可以包括例如：碳如非石墨化碳、石墨基碳等；金属复合氧化物如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe’yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me’：Al，B，P，Si，周期表中的1族、2族和3族中的元素，卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)等；锂金属；锂合金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5等；导电聚合物如聚乙炔等；Li-Co-Ni基材料等。
[隔膜]
隔膜通过实施折叠工序或卷绕工序之外的简单堆叠工序以完成简单堆叠而形成基本单元。特别地，在层压机中通过加压(或通过加压和加热)可以完成隔膜与电极的粘附。根据上述工序，可以使电极与隔膜片之间的稳定界面接触成为可能。
可以将可显示绝缘性能并具有用于离子移动的多孔结构的任意材料用于制造隔膜。例如，可以使用具有高离子透过率和机械强度的绝缘薄膜。隔膜或隔膜片的孔径通常为约0.01～约10μm且其厚度通常为约5～约300μm。
关于隔膜，例如可以使用烯烃类聚合物如耐化学性和疏水性的聚丙烯等；通过使用玻璃纤维、聚乙烯等制成的片或无纺布。当使用诸如聚合物的固体电解质作为电解质时，所述固体电解质可还充当隔膜。优选地，可以使用聚乙烯膜；聚丙烯膜；或通过将所述膜结合而得到的多层膜；或者用于聚合物电解质或胶凝型聚合物电解质的聚合物膜如聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
下文中，将对其中可应用根据本发明的电极组件100的电化学装置进行说明。
根据本发明的电极组件100可以应用于通过正极与负极的电化学反应而产生电力的电化学电池中。电化学电池的典型实例包括特级电容器、超级电容器、二次电池、燃料电池、所有类型的传感器、电解用设备、电化学反应器等。尤其优选二次电池。
二次电池具有如下结构，其中呈现浸渗有含离子的电解质的状态的可充电/可放电电极组件内置入电池壳中。在优选实施方式中，二次电池可以为锂二次电池。
近来，锂二次电池作为大型装置和小型移动装置的电源引起了极大关注。轻质锂二次电池可优选用于这些领域中。作为降低二次电池的重量的一种方法，可以使用将电极组件包含在铝层压片的袋型壳中的内置结构。由于锂二次电池的特征在本领域内是熟知的，所以省略关于锂二次电池的说明。
另外，如上所述，当将锂二次电池用作中型和大型装置的电源时，最大程度地抑制长时间运行时性能的劣化、具有良好寿命性能并具有可以较低成本批量生产的结构的二次电池可能是优选的。从该点考虑，可以优选将包含本发明的电极组件的二次电池用作中型和大型电池模块中的单元电池。
可以将包含含有多个二次电池的电池模块的电池组用作选自如下的至少一种中型和大型装置中的电源：电动工具；电动车辆，选自电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)和插电式混合动力车辆(PHEV)；电动自行车；电动滑板车；电动高尔夫球车；电动卡车；以及电动商业车辆。
所述中型和大型电池模块由多个以串联体系或串联/并联体系连接以提供高输出和高容量的单元电池构成。关于这些特征的技术在本领域内是熟知的。因此，在本申请中将省略对所述特征的说明。
尽管已经结合例示性实施方式对本发明进行了示出和说明，但对本领域技术人员明显的是，在不背离由附属权利要求书限定的本发明的主旨和范围的条件下能够完成变体和变化。

Claims (11)

1.一种电极组件的制造方法，所述电极组件包含第一电极、第二电极和隔膜，所述电极组件的单元结构通过如下制造：
实施层压并形成具有第一电极/隔膜/第二电极/隔膜/第一电极结构的双电池的第一工序；
实施将第一隔膜层压在两个第一电极中的一个第一电极上的第二工序；和
实施将第二隔膜/第二电极依次层压在所述两个第一电极中的另一个第一电极上的第三工序。
2.如权利要求1所述的电极组件的制造方法，其中对多个所述单元结构进行堆叠。
3.如权利要求1所述的电极组件的制造方法，其中通过使用单独的层压机实施所述第二工序和所述第三工序。
4.如权利要求1所述的电极组件的制造方法，其中通过使用一个层压机依次实施所述第二工序和所述第三工序。
5.如权利要求1所述的电极组件的制造方法，其中利用具有胶粘性的涂布材料对所述第二隔膜的两面进行涂布，并利用所述具有胶粘性的涂布材料对所述第一隔膜的与所述第一电极接触的一面进行涂布。
6.如权利要求1所述的电极组件的制造方法，其中利用具有胶粘性的涂布材料对包含在所述双电池中的所述隔膜的两面进行涂布。
7.如权利要求5或6所述的电极组件的制造方法，其中所述涂布材料为无机粒子和粘合剂聚合物的混合物。
8.如权利要求1所述的电极组件的制造方法，其中所述第一电极和所述第二电极为包含在集电器的两面上都涂布有活性材料的结构的双面电极。
9.如权利要求1所述的电极组件的制造方法，其中在所述第二工序或所述第三工序中用于层压的温度比在所述第一工序中用于层压的温度低20℃～50℃。
10.如权利要求1所述的电极组件的制造方法，其中在所述第二工序或所述第三工序中用于层压的压力为在所述第一工序中用于层压的压力的40％～60％。
11.如权利要求3或4所述的电极组件的制造方法，其中对用于实施所述第一工序的层压机之外的其余层压机，被施加到上块与下块的温度相差10℃～30℃。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101609424B1 (ko) 2013-09-26 2016-04-05 주식회사 엘지화학 전극조립체의 제조방법
KR101775230B1 (ko) 2014-10-02 2017-09-05 주식회사 엘지화학 이차전지용 라미네이팅 장치 및 이차전지의 라미네이팅 방법
WO2016053060A1 (ko) * 2014-10-02 2016-04-07 주식회사 엘지화학 이차전지용 라미네이팅 장치 및 이차전지의 라미네이팅 방법
CN107305959B (zh) * 2016-04-25 2022-05-13 松下知识产权经营株式会社 电池和电池制造方法以及电池制造装置
US10804571B2 (en) * 2016-11-24 2020-10-13 Lg Chem, Ltd. Method of manufacturing battery cell comprising electrode having aperture
KR101964713B1 (ko) * 2016-12-15 2019-04-02 주식회사 엘지화학 고정 부재를 포함하는 전지셀 활성화 트레이
KR102500240B1 (ko) * 2018-06-29 2023-02-16 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 제조방법
KR20200061033A (ko) 2018-11-23 2020-06-02 주식회사 엘지화학 라미네이션장치 및 방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비
KR102594367B1 (ko) * 2019-04-16 2023-10-27 주식회사 엘지에너지솔루션 다른 색의 코팅부를 포함하는 전극조립체 및 이의 제조방법
CN112768811A (zh) 2019-11-01 2021-05-07 通用汽车环球科技运作有限责任公司 具有混合型结构的电容器辅助的电化学装置
EP4152469B1 (de) 2021-09-17 2024-06-05 Technische Universität Berlin Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines elektroden-separator-verbunds für eine batteriezelle

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020071204A (ko) * 2001-03-05 2002-09-12 주식회사 엘지화학 다성분계 복합 필름을 이용한 전기화학소자
CN101501919A (zh) * 2006-06-13 2009-08-05 株式会社Lg化学 提供两种或更多种工作电压的堆叠型二次电池

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000311717A (ja) * 1999-02-25 2000-11-07 Mitsubishi Chemicals Corp 電池要素及び電池
KR100528908B1 (ko) 1999-11-02 2005-11-16 삼성에스디아이 주식회사 내부발열의 방열을 용이하게 하기 위한 리튬 이차전지
KR100497147B1 (ko) 2000-02-08 2005-06-29 주식회사 엘지화학 다중 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조방법
KR100515572B1 (ko) 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조 방법
US7097936B2 (en) * 2001-08-27 2006-08-29 Enerdel, Inc. Battery constructed with extracted bicells stacked on shuttled pallet
KR20030065074A (ko) 2002-01-29 2003-08-06 주식회사 뉴턴에너지 전기화학셀 및 이의 제조방법
JP5203356B2 (ja) * 2006-05-04 2013-06-05 エルジー・ケム・リミテッド リチウム二次電池及びその製造方法
KR101014817B1 (ko) * 2007-12-14 2011-02-14 주식회사 엘지화학 안전 부재를 포함하고 있는 스택/폴딩형 전극조립체 및그것의 제조방법
JP5351481B2 (ja) * 2008-09-26 2013-11-27 旭化成株式会社 電極積層体及びその製造方法
KR20100070011A (ko) * 2008-12-17 2010-06-25 주식회사 효성 리튬 2차 전지의 전극조립체 및 그 제조방법
KR101093890B1 (ko) * 2010-01-12 2011-12-13 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
JP5891655B2 (ja) 2010-08-30 2016-03-23 ソニー株式会社 非水電解質電池および非水電解質電池の製造方法、並びに絶縁材および絶縁材の製造方法、並びに電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
KR101355834B1 (ko) 2010-12-02 2014-01-28 주식회사 엘지화학 이차전지 제조용 라미네이션 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020071204A (ko) * 2001-03-05 2002-09-12 주식회사 엘지화학 다성분계 복합 필름을 이용한 전기화학소자
CN101501919A (zh) * 2006-06-13 2009-08-05 株式会社Lg化学 提供两种或更多种工作电压的堆叠型二次电池

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