CN104025361B - 线缆型二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含：内电极，所述内电极包含线型内集电器和内电极活性材料层，所述线型内集电器具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第一金属突出部，所述内电极活性材料层形成在所述内集电器的表面上；隔离层，所述隔离层形成在所述内电极活性材料层的外表面上；以及外电极，所述外电极形成在所述隔离层的外表面上并包含外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第二金属突出部。在本发明的所述线缆型二次电池中，将由具有优异强度的基材制成的金属突出部用于具有相对弱强度的集电器的一端中，以向所述集电器提供良好的机械强度。此外，这种金属突出部能够用于制备各种电极端子。
Description
技术领域
本发明涉及一种形状能够自由变化的线缆型二次电池，更特别地，涉及包含集电器的线缆型二次电池，所述集电器具有在其一端形成的金属突出部。
本申请要求于2011年11月2日在韩国提交的韩国专利申请10-2011-0113516号，通过参考将其完整内容并入本文中。
本申请要求于2011年11月2日在韩国提交的韩国专利申请10-2011-0113517号，通过参考将其完整内容并入本文中。
本申请要求于2012年11月1日在韩国提交的韩国专利申请10-2012-0123118号的优先权，通过参考将其完整内容并入本文中。
背景技术
二次电池为能够以化学形式储存能量并在需要时能够转化成电能以产生电力的装置。也将所述二次电池称作充电电池，这是因为其能够反复再充电。普通的二次电池包括铅蓄电池、NiCd电池、NiMH蓄电池、Li离子电池、Li离子聚合物电池等。当与一次性原电池相比时，二次电池不仅是经济更高效的，且是环境更友好的。
目前将二次电池用于需要低电力的应用，如用于车辆启动的设备、移动装置、工具、不间断电源等。近来，随着无线通信技术的发展导致移动装置开始普及，甚至导致多种常规装置的可移动化，对二次电池的需求急剧增加。还将二次电池用于环境友好的下一代车辆如混合动力车辆和电动车辆中，以降低成本和重量并提高车辆的服务寿命。
通常，二次电池具有圆筒形、棱柱形或袋形。这与二次电池的制造方法相关，其中将由负极、正极和隔膜构成的电极组件安装在圆筒形或棱柱形金属壳或铝层压片的袋形壳中，且在所述壳中填充电解质。因为在这种方法中电极组件需要预定的安装空间，所以二次电池的圆筒形、棱柱形或袋形对于各种形状的移动装置的开发是一种限制。因此，需要具有形状易于适应的新结构的二次电池。
为了满足这种需要，已经提出，开发长度对横截面直径之比非常大的线性电池。韩国专利0804411号公开了一种由多个正极和负极以及插入各个正极与各个负极之间的隔膜构成的线性电池。韩国专利0742739号公开了一种由正极线和负极线构成的线型柔性电池。
将这些线缆型二次电池构造为薄且长的形式，从而其能够在纵向上具有柔性。然而，在将具有相对长的线性结构和良好柔性的这种线缆型二次电池用于装置中的情况中，所述装置的电极会因过大的物理力而变形。因此，线缆型二次电池要求电极具有耐久性结构，这与常规电极不同。
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包含集电器的二次电池，所述集电器具有在其一端形成的金属突出部。
技术方案
为了实现上述目的，本发明提供一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含：内电极，所述内电极包含线型内集电器和内电极活性材料层，所述线型内集电器具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第一金属突出部，所述内电极活性材料层形成在所述内集电器的表面上；隔离层，所述隔离层形成在所述内电极活性材料层的外表面上；以及外电极，所述外电极形成在所述隔离层的外表面上并包含外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第二金属突出部。
此外，所述线缆型二次电池还可以包含：第一防电解质泄漏层，所述第一防电解质泄漏层形成在所述第一金属突出部的外表面上；第二防电解质泄漏层，所述第二防电解质泄漏层形成在所述第二金属突出部的外表面上；以及保护涂层，所述保护涂层紧密围绕所述外集电器并包含热收缩管。
所述第一金属突出部和所述第二金属突出部可以各自独立地由如下材料制成：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；或铝-镉合金。
所述第一防电解质泄漏层和所述第二防电解质泄漏层可以各自独立地包含热胶粘膜或热收缩管，且所述热胶粘膜可以包含聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺或聚酰亚胺。
在外电极中，可以以围绕隔离层的外表面的方式形成外电极活性材料层，并以围绕外电极活性材料层的外表面的方式形成外集电器；可以以围绕所述隔离层的外表面的方式形成外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面的方式形成外电极活性材料层；可以以围绕所述隔离层的外表面的方式形成外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面并与所述隔离层接触的方式形成外电极活性材料层；或可以以围绕所述隔离层的外表面的方式形成外电极活性材料层，并以通过包覆在外电极活性材料层中而包含在外电极活性材料层内部并围绕与其隔开的隔离层的外表面的方式形成外集电器。
在本发明中，外集电器可以为管、卷绕线、卷绕片或网状物的形式，优选卷绕线形式的集电器。
外集电器可以由如下材料制成，但不特别限制为：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝-镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；或导电聚合物。导电材料可以选自如下物质：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、铟锡氧化物(ITO)、银、钯、镍及它们的混合物，但不特别限制于此。此外，导电聚合物可以选自如下物质：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫及它们的混合物，但不特别限制于此。
此外，外集电器可以包含导电糊料。所述导电糊料可以为金属糊料或碳糊料，但不特别限制于此。
所述金属糊料可以包含金属粉末和粘合剂，所述金属粉末选自：Ni、Al、Au、Ag、Al、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba、ITO及它们的混合物，所述碳糊料可以包含碳粉末和粘合剂，所述碳粉末选自：石墨、炭黑、碳纳米管及它们的混合物。所述粘合剂可以选自如下物质：丙烯酰基类树脂、乙烯基类树脂、羟基纤维素、甲基纤维素、硝基纤维素、乙烯纤维素、所述树脂的改性树脂及它们的混合物，但不特别限制于此。
本发明的内集电器可以由如下材料制成：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝-镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；或导电聚合物，但不特别限制于此。导电材料可以选自如下物质：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、铟锡氧化物(ITO)、银、钯、镍及它们的混合物，但不特别限制于此。导电聚合物可以选自如下物质：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫及它们的混合物，但不特别限制于此。
在本发明中，内电极为负极且外电极为正极，或内电极为正极且外电极为负极。所述内电极和外电极可以具有负极活性材料或正极活性材料，所述负极活性材料选自如下材料：天然石墨、人造石墨或碳质材料；锂-钛复合氧化物(LTO)和包括Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金属(Me)；所述金属的合金；所述金属的氧化物(MeOx)；所述金属和碳的复合材料；及它们的混合物，且所述正极活性材料选自如下材料：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、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各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，x+y+z≤1)及它们的混合物。
本发明的隔离层可以为电解质层或隔膜。所述电解质层包含但不特别限制为选自如下电解质中的电解质：使用PEO、PVdF、PVdF-HFP、PMMA、PAN或PVAc的胶凝聚合物电解质；和使用PEO、聚环氧丙烷(PPO)、聚乙撑亚胺(PEI)、聚硫化乙烯(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固体电解质。此外，所述电解质层还可包含锂盐，所述锂盐的非限制性实例可包括：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼酸锂、低级脂族碳酸锂、四苯基硼酸锂及它们的混合物。
当隔离层为隔膜时，所述隔膜可以为但不特别地限制为如下基材：由选自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物中的聚烯烃类聚合物制成的多孔基材；由选自聚酯、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中的聚合物制成的多孔基材；或由无机粒子和粘合剂聚合物的混合物制成的多孔基材。
有益效果
在本发明的线缆型二次电池中，将由具有优异强度的物质制成的金属突出部用于具有相对弱强度的集电器的一端中，以向集电器提供良好的机械强度。此外，这种金属突出部能够用于制备各种电极端子。另外，当金属突出部包含防电解质泄漏层时，能够防止包含在线缆型二次电池中的电解质泄漏到外部。
附图说明
附图显示了本发明的优选实施方案，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限于所述附图。
图1是线缆型二次电池的横截面视图，所述线缆型二次电池包含具有金属突出部的卷绕的外集电器。
图2是线缆型二次电池的横截面视图，所述线缆型二次电池包含具有金属突出部的卷绕的外集电器。
图3是线缆型二次电池的横截面视图，所述线缆型二次电池包含利用导电糊料形成的并具有金属突出部的外集电器。
图4是金属突出部的横截面视图，所述金属突出部具有形成在其上的防电解质泄漏层。
图5是线缆型二次电池的横截面视图，所述线缆型二次电池包含：具有设置有防电解质泄漏层的金属突出部的卷绕的外集电器和由热收缩管制成的保护涂层。
图6是线缆型二次电池的横截面视图，所述线缆型二次电池包含：具有设置有防电解质泄漏层的金属突出部的卷绕的外集电器和由热收缩管制成的保护涂层。
图7是线缆型二次电池的横截面视图，所述线缆型二次电池包含：利用导电糊料形成的并具有设置有防电解质泄漏层的金属突出部的卷绕的外集电器和由热收缩管制成的保护涂层。
具体实施方式
下文中，将参考附图对本发明进行详细说明。在说明之前，应理解，说明书和附属权利要求书中使用的术语不应解释为限制为普通和词典的意思，而是应在本发明人对术语进行适当定义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意思和概念对所述术语进行解释。
本发明提供一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含：内电极，所述内电极包含线型内集电器和内电极活性材料层，所述线型内集电器具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第一金属突出部，所述内电极活性材料层形成在所述内集电器的表面上；隔离层，所述隔离层形成在所述内电极活性材料层的外表面上；以及外电极，所述外电极形成在所述隔离层的外表面上并包含外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第二金属突出部。
本文中使用的术语“预定形状”是指不特别限制为任何形状，且意味着，不损害本发明本质的任意形状都是可能的。此外，本文中使用的术语“预定长度”是指不特别限制为任何长度，且意味着，不损害本发明本质的任意长度都是可能的。本发明的线缆型二次电池具有预定形状的水平横截面、在相对于水平横截面的纵向上延伸的线性结构以及柔性，从而其形状能够自由变化。
下文中，将参考附图对根据本发明的具有金属突出部的线缆型二次电池进行说明。
图1和2中的各个图显示了根据本发明优选实施方案的线缆型二次电池，所述线缆型二次电池包含具有金属突出部的卷绕的外集电器。然而，本发明的附图和实施方案中所示的构造只是仅用于显示目的的优选实例，不用于限制本发明的范围，从而应理解，在不背离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，根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池100具有预定形状并纵向延伸的水平横截面，包含：线型内集电器110，所述线型内集电器110具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第一金属突出部111；内电极活性材料层120，所述内电极活性材料层120形成在所述内集电器110的表面上；隔离层130，所述隔离层130形成在所述内电极活性材料层120的外表面上；外电极活性材料层140，所述外电极活性材料层140形成在所述隔离层130的外表面上；以及外集电器150，所述外集电器150形成在所述外电极活性材料层140的外表面上并具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第二金属突出部151。
在本发明中，所述第一金属突出部111以在线型内集电器110的一端延伸预定长度的方式形成，并充当通道，通过所述通道电子可移动到电池的内部或外部。内集电器110难以以具有高机械强度的线形式形成并会因其重复使用而变形。特别地，由于很多应力集中在与外部装置接触的内集电器的一部分上，所以接触部分发生变形的机会相对高。通过将由具有良好机械性能的金属材料制成的第一金属突出部111设置在内集电器中能够解决这种变形可能性的问题，如同本发明中所实施的。
此外，在本发明中，在外集电器150的一端以延伸预定长度的方式形成所述第二金属突出部151。所述外集电器150，与内集电器110类似，也会因其重复使用、尤其是在其与外部装置接触的部分中发生变形。因此，本发明的外集电器150包含由具有良好机械性能的金属材料制成的第二金属突出部151，由此解决了变形可能性的问题。
所述第一金属突出部111和所述第二金属突出部151易于加工以有效用于制备用于连接外部装置的各种电极端子。
所述第一金属突出部111和所述第二金属突出部151优选由具有良好机械性能的如下金属材料制成：例如不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；或铝-镉合金，但不特别限制于此。
可以利用焊接将第一金属突出部111和第二金属突出部151分别形成在内集电器110和外集电器150的各端的横截面中。
此外，参考图2，第二金属突出部251不是在外集电器250一端的横截面中形成的，而是以其大部分与外集电器250的外表面直接接触的方式形成。可以通过焊接或通过利用热收缩管进行包装以围绕外集电器250和第二金属突出部251两者来形成第二金属突出部。
在图2中，本发明的外集电器250为卷绕线的形式。这种卷绕线型外集电器250具有弹性以及良好的柔性，由此提高线缆型二次电池的总体柔性。
另外，参考图3，可以将包含导电糊料的外集电器350用于本发明中。
下文中，将参考附图对线缆型二次电池进行说明，所述线缆型二次电池还包含防泄漏层、热收缩管保护涂层以及金属突出部。
本发明的线缆型二次电池还可以包含：第一防电解质泄漏层，所述第一防电解质泄漏层形成在所述第一金属突出部的外表面上；第二防电解质泄漏层，所述第二防电解质泄漏层形成在所述第二金属突出部的外表面上；以及保护涂层，所述保护涂层紧密围绕所述外集电器并包含热收缩管。
图4显示了金属突出部的横截面，所述金属突出部具有在其上形成的防电解质泄漏层，且图5和6中的各个图示意性显示了根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池，所述线缆型二次电池包含：卷绕的外集电器，所述卷绕的外集电器具有设置有防电解质泄漏层的金属突出部；和保护涂层，所述保护涂层由热收缩管制成。然而，本发明的附图和实施方案中所示的构造只是仅用于显示目的的优选实例，不用于限制本发明的范围，从而应理解，在不背离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5，根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池400具有预定形状并纵向延伸的水平横截面，包含：线型内集电器410，所述线型内集电器410具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第一金属突出部411以及形成在所述第一金属突出部411的外表面上的第一防电解质泄漏层412；内电极活性材料层420，所述内电极活性材料层420形成在所述内集电器410的表面上；隔离层430，所述隔离层430形成在所述内电极活性材料层420的外表面上；外电极活性材料层440，所述外电极活性材料层440形成在所述隔离层430的外表面上；外集电器450，所述外集电器450形成在所述外电极活性材料层440的外表面上，并具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第二金属突出部451和形成在所述第二金属突出部451的外表面上的第二防电解质泄漏层452；以及保护涂层460，所述保护涂层460紧密围绕所述外集电器并包含热收缩管。
通常，由于主要用于二次电池中的电解质是液体或流动的凝胶形式，所以其会泄漏。特别地，由于本发明的具有线性结构的线缆型二次电池使用线型或管型集电器，所以其不易形成用于防止电解质泄漏的保护涂层。参考图4，在本发明中，连接到集电器的金属突出部1在其表面上具有防电解质泄漏层2，使得与包含热收缩管的外部涂层牢固结合并防止电解质泄漏。所述防电解质泄漏层2可以由热胶粘膜或热收缩管制成，由此所述防电解质泄漏层2能够提高金属突出部1与外部涂层的粘性以防止电解质泄漏。此外，由于使用在其表面上具有防电解质泄漏层2的金属突出部1会间接增大集电器的直径，所以利用包含热收缩管的外部涂层的热收缩能够强化金属突出部1与外部涂层的结合。
所述热胶粘膜可以由如下物质制成：聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺或聚酰亚胺，但不特别限制于此。
此外，参考图6，第二金属突出部551不是以外集电器550一端的横截面的方式形成，而是以其大部分与外集电器550的外表面直接接触的方式形成。可以通过焊接或通过利用热收缩管进行包装以围绕外集电器550和第二金属突出部551两者来形成第二金属突出部。
在图6中，本发明的外集电器550为卷绕线的形式。这种卷绕线型外集电器550具有弹性以及良好的柔性，由此提高整个线缆型二次电池的柔性。
另外，参考图7，可以将包含导电糊料的外集电器650用于本发明中。
所述第一金属突出部和所述第二金属突出部可以各自独立地由如下材料制成：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；或铝-镉合金。
所述第一防电解质泄漏层和所述第二防电解质泄漏层可以各自独立地包含热胶粘膜或热收缩管，且所述热胶粘膜可以包含聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺或聚酰亚胺。
在本发明中，可以以如下结构形成外电极：具有以围绕隔离层的外表面的方式形成的外电极活性材料层、以及以围绕外电极活性材料层的外表面的方式形成的外集电器的结构；具有以围绕隔离层的外表面的方式形成的外集电器、以及以围绕所述外集电器的外表面的方式形成的外电极活性材料层的结构；具有以围绕所述隔离层的外表面的方式形成的外集电器、以及以围绕所述外集电器的外表面并与所述隔离层接触的方式形成的外电极活性材料层的结构；或具有以围绕所述隔离层的外表面的方式形成的外电极活性材料层、以及以通过包覆在外电极活性材料层中而包含在外电极活性材料层内部并围绕与其隔开的隔离层的外表面的方式形成的外集电器的结构。
在本发明中，外集电器可以为管、卷绕线、卷绕片或网状物的形式，优选卷绕线形式的集电器。
具体地，如果外集电器卷绕在隔离层的外表面上，则隔离层与活性材料层的接触面积充分提高以确保特定程度的电池性能。特别地，由于通过将浆料形式的活性材料涂布在外集电器的外表面上形成本发明的外电极活性材料层，所以外电极活性材料层与隔离层接触。此外，外集电器通过包覆在外电极活性材料层中而包含在外电极活性材料层内部，同时利用外电极活性材料层以与其隔开的方式围绕隔离层的外表面。结果，外集电器与外电极活性材料层之间的电接触得以改善，由此有助于电池特性的提高。
例如，当外集电器为具有柔性的卷绕线的形式时，卷绕线形式的外集电器由于其形式而具有弹性，从而提高线缆型二次电池的总体柔性。此外，当过大的外力施加到本发明的线缆型二次电池时，本发明的线形式的外集电器经历非常小的过度变形如变皱或弯曲，从而可以避免由与內集电器接触而造成的短路。
外集电器可以由如下材料制成：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝-镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；或导电聚合物，但不特别限制于此。导电材料可以包括如下物质：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，但不特别限制于此。此外，导电聚合物可以包括：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚氮化硫，但不特别限制于此。
如图3和7中所示，外集电器可以包含导电糊料。所述导电糊料是指能够形成普通的涂层的糊料，并可以在流过电流时以干燥物质的形式使用。通过将导电材料的粉末分散在粘合剂中得到这种导电糊料。当利用这种导电糊料形成集电器时，集电器具有良好的柔性，由此提高使用其的线缆型二次电池的柔性。此外，用这种导电糊料形成的集电器与由金属如铜或铝制成的集电器相比具有相对更高的柔性，从而降低线缆型二次电池的重量。另外，由于利用这种导电糊料形成的集电器具有良好的柔性，所以即使向本发明的线缆型二次电池施加过大的外力，仍发生较小或不发生过度变形如弯曲或严重折叠，并能够将由与内集电器接触而造成的短路最小化。此外，根据其物理性质将导电糊料施加到外电极活性材料层的外表面上以形成外集电器，这种外集电器展示与外电极活性材料层良好的接触特性，由此有效防止电极活性材料的脱落，所述脱落可由因外力造成的电池变形而造成。
所述导电糊料可以为金属糊料或碳糊料。所述金属糊料优选包含选自如下金属中的金属粉末和粘合剂：Ni、Al、Au、Ag、Al、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba、ITO及它们的混合物。用于本发明中的粘合剂的实例包括：丙烯酰基类树脂、乙烯基类树脂、羟基纤维素、甲基纤维素、硝基纤维素、乙烯纤维素及其改性树脂，但不特别限制于此。同时，所述碳糊料优选包含选自如下物质中的碳粉末和粘合剂：石墨、炭黑、碳纳米管及它们的混合物。任选地，碳糊料还可以包含导电材料。用于本发明中的粘合剂的实例包括：丙烯酰基类树脂、乙烯基类树脂、羟基纤维素、甲基纤维素、硝基纤维素、乙烯纤维素及其改性树脂，但不特别限制于此。
本发明的内集电器优选由如下材料制成：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝-镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；或导电聚合物。
所述内集电器用于收集由活性材料的电化学反应所产生的电子，或供应电化学反应所需要的电子。通常，集电器由诸如铜或铝的金属制成。特别地，当集电器由在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物或导电聚合物制成时，集电器的柔性比由诸如铜或铝的金属制成的集电器的更高。此外，可以使用聚合物集电器代替金属集电器以减轻电池的重量。
用于本发明中的导电材料可选自如下物质：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、铟锡氧化物(ITO)、银、钯、镍及它们的混合物，但不特别限制于此。所述导电聚合物可选自如下物质：聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫及它们的混合物。同时，对用于集电器中的不导电聚合物，其类型没有特别限制。
在本发明中，所述内电极可以为负极且所述外电极可以为正极。或者，所述内电极可以为正极且所述外电极可以为负极。
本发明的电极活性材料层使得离子移动通过集电器，且通过离子的相互作用如离子进入和离开电解质层的嵌入/脱嵌来造成离子的运动。可以将这种电极活性材料层分为负极活性材料层和正极活性材料层。通过使用负极活性材料或正极活性材料可以形成这种电极活性材料层，所述负极活性材料选自如下物质：天然石墨、人造石墨或碳质材料；锂-钛复合氧化物(LTO)和包括Si、Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金属(Me)；所述金属的合金；所述金属的氧化物(MeOx)；所述金属和碳的复合材料；及它们的混合物，所述正极活性材料选自如下物质：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、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各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，x+y+z≤1)及它们的混合物。
本发明的隔离层可以为电解质层或隔膜。
充当离子通道的电解质层可以由选自如下电解质的电解质制成：使用PEO、PVdF、PVdF-HFP、PMMA、PAN或PVAC的凝胶型聚合物电解质；或使用PEO、聚环氧丙烷(PPO)、聚乙撑亚胺(PEI)、聚硫化乙烯(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固体电解质。优选使用聚合物或玻璃陶瓷作为骨架形成固体电解质的基体。在典型的聚合物电解质的情况中，即使当离子传导率满足时，离子的移动在反应速率方面仍非常缓慢。由此，与固体电解质相比，优选使用具有有助于离子运动的凝胶型聚合物电解质。凝胶型聚合物电解质的机械性能差，由此可包含多孔载体或交联的聚合物以改善差的机械性能。本发明的电解质层能够充当隔膜，由此可不使用另外的隔膜。
本发明的电解质层可还包含锂盐。锂盐能够改善离子传导率和响应时间。所述锂盐的非限制性实例可以包括：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼酸锂、低级脂族碳酸锂和四苯基硼酸锂。
当隔离层为隔膜时，本发明的线缆型二次电池需要电解液。所述隔膜的实例包括但不限于：由选自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物中的聚烯烃类聚合物制成的多孔基材；由选自聚酯、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中的聚合物制成的多孔基材；或由无机粒子和粘合剂聚合物的混合物制成的多孔基材。其中，为了使得用于供应锂离子的核的锂离子转移到外电极，优选使用与如下多孔基材相对应的无纺布隔膜，所述多孔基材由选自如下物质中的聚合物制成：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。
此外，本发明的线缆型二次电池具有在外集电器的外表面上的保护涂层。所述保护涂层为绝缘体并以围绕外集电器的方式形成，由此防止空气中的湿气和外部冲击对电极造成损害。所述保护涂层可由常规聚合物树脂如PVC、HDPE或环氧树脂制成。另外，在本发明中，可以将热收缩管用作保护涂层。热收缩管在受热时收缩以紧密包封端子或具有其他形状或尺寸的物质。这种热收缩管大部分由聚合物树脂制成并用于绝缘或其他目的。在本发明中，可以根据期望目的适当使用由各种材料制成的并具有各种形式的商购获得的热收缩管。通常，由于在热收缩之前通过使用自动涂布机械将热收缩管插入锂离子电池中，所以需要硬度以使得其开口能够打开并由自身支持。此外，优选在低温如120℃以下的温度下实施收缩过程，从而避免热损伤锂离子电池。
在本发明中，将作为保护涂层的热收缩管插入电极组件中并在制备线缆型二次电池中因加热而收缩以紧密形成在外集电器的外表面上。通过使用热收缩管来形成这种保护涂层不需要后加工如干燥程序，由此能够实现制备方法的简化以及连续过程。此外，通过简单的插入来形成保护涂层，使得电池易于制备。
下文中，将参考附图1对根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池及其制造进行简要说明。
根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池100具有预定形状并纵向延伸的水平横截面，包含：线型内集电器110，所述线型内集电器110具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第一金属突出部111；内电极活性材料层120，所述内电极活性材料层120形成在所述内集电器110的表面上；隔离层130，所述隔离层130形成在所述内电极活性材料层120的外表面上；外电极活性材料层140，所述外电极活性材料层140形成在所述隔离层130的外表面上；以及外集电器150，所述外集电器150形成在所述外电极活性材料层140的外表面上并具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第二金属突出部151。
首先，提供负极用线性线型内集电器110，并通过涂布，在内集电器110的表面上形成内电极(负极)活性材料层120。通过各种常规方法如通过电镀法或阳极氧化法可以实施所述涂布。此外，为了保持恒定的间隔，利用使用挤出机的挤出涂布，间断地施加含活性材料的电极浆料。另外，利用浸渍涂布或使用挤出机的挤出涂布可以施加含活性材料的电极浆料。
随后，以围绕内电极(负极)120的方式形成隔离层130，所述隔离层130为电解质层。考虑到线性线缆型二次电池的特征，优选利用挤出涂布来实施作为电解质层的隔离层130的形成，但不特别限制于此。
在通过涂布电解质而形成的隔离层130的外表面上，通过涂布形成外电极活性材料层140。内电极(负极)活性材料层的涂布方法可同样应用于外电极(正极)活性材料层140。
然后，提供线形式的外集电器150并卷绕在外电极活性材料层140的外表面上以形成卷绕的线型外集电器，由此制备电极组件。
其后，在内集电器110的一端焊接第一金属突出部111，并在外集电器150的一端焊接第二金属突出部151。
最后，以围绕电极组件外表面的方式形成保护涂层。所述保护涂层为绝缘体并形成在最外面的表面上，以用于防止空气中的湿气和外部冲击对电极造成损害。作为所述保护涂层160，可使用常规聚合物树脂如PVC、HDPE和环氧树脂。
此外，这种线缆型二次电池具有由涂布有电极活性材料的多个内集电器构成的内电极，由此使得可控制正极与负极之间的平衡并防止短路。
下文中，将参考图3对本发明的另一个实施方案进行简要说明。除了通过将银糊料施加到正极活性材料层340的外表面上得到作为外集电器的正极集电器350之外，通过重复图1的制备方法制备图3中所示的线缆型二次电池。
下文中，根据本发明的一个实施方案，将参考图5对线缆型二次电池及其制造进行简要说明，所述线缆型二次电池包含金属突出部、防泄漏层和热收缩管。
根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池400具有预定形状并纵向延伸的水平横截面，包含：线型内集电器410，所述线型内集电器410具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第一金属突出部411以及形成在所述第一金属突出部411的外表面上的第一防电解质泄漏层412；内电极活性材料层420，所述内电极活性材料层420形成在所述内集电器410的表面上；隔离层430，所述隔离层430形成在所述内电极活性材料层420的外表面上；外电极活性材料层440，所述外电极活性材料层440形成在所述隔离层430的外表面上；外集电器450，所述外集电器450形成在所述外电极活性材料层440的外表面上，并具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第二金属突出部451和形成在所述第二金属突出部451的外表面上的第二防电解质泄漏层452；以及保护涂层460，所述保护涂层460紧密围绕所述外集电器450并包含热收缩管。
在此情况中，在制备电极组件之后，将设置有第一防电解质泄漏层412的第一金属突出部411焊接在负极用内集电器410的一端，并将设置有第二防电解质泄漏层452的第二金属突出部451焊接在正极用外集电器450的一端，并最后以围绕电极组件的外表面的方式形成保护涂层460，具体地是通过将电极组件插入由PET制成的热收缩管，随后加热来形成。其他程序与图1相同。
图6显示了根据本发明另一个实施方案的线缆型二次电池，其中通过在制备电极组件期间将银糊料施加到正极活性材料层540的外表面上得到作为外集电器的正极集电器550，并通过与图5相同的程序制备其他元件。
<参考数字说明>
100、200、300、400、500、600：线缆型二次电池
110、210、310、410、510、610：内集电器
111、211、311、411、511、611：第一金属突出部
120、220、320、420、520、620：内电极活性材料层
130、230、330、430、530、630：隔离层
140、240、340、440、540、640：外电极活性材料层
150、250、350、450、550、650：外集电器
151、251、351、451、551、651：第二金属突出部
Claims (20)
1.一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含：
内电极，所述内电极包含线型内集电器和内电极活性材料层，所述线型内集电器具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第一金属突出部，所述内电极活性材料层形成在所述内集电器的表面上；
隔离层，所述隔离层形成在所述内电极活性材料层的外表面上；以及
外电极，所述外电极形成在所述隔离层的外表面上，并包含外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器具有在其一端以延伸预定长度的方式形成的第二金属突出部，
其中所述外集电器为卷绕片或网状物的形式，
其中所述第一金属突出部的机械强度高于所述内集电器的机械强度，所述第二金属突出部的机械强度高于所述外集电器的机械强度，
其中所述第二金属突出部以其大部分与所述外集电器的外表面直接接触的方式形成。
2.根据权利要求1的线缆型二次电池，其还包含：
第一防电解质泄漏层，所述第一防电解质泄漏层形成在所述第一金属突出部的外表面上；
第二防电解质泄漏层，所述第二防电解质泄漏层形成在所述第二金属突出部的外表面上；以及
保护涂层，所述保护涂层紧密围绕所述外集电器并包含热收缩管。
3.根据权利要求1或2的线缆型二次电池，其中所述第一金属突出部和所述第二金属突出部各自独立地由如下材料制成：不锈钢、铝、镍、钛或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；或铝-镉合金。
4.根据权利要求2的线缆型二次电池，其中所述第一防电解质泄漏层和所述第二防电解质泄漏层各自独立地包含热胶粘膜或热收缩管。
5.根据权利要求4的线缆型二次电池，其中所述热胶粘膜包含选自如下物质中的任意一种：聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰胺、聚酰亚胺及它们的混合物。
6.根据权利要求1或2的线缆型二次电池，其中在所述外电极中，
以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外电极活性材料层，并以围绕所述外电极活性材料层的外表面的方式形成所述外集电器；
以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面的方式形成所述外电极活性材料层；
以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面并与所述隔离层接触的方式形成所述外电极活性材料层；或
以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外电极活性材料层，并以通过包覆在所述外电极活性材料层中而包含在所述外电极活性材料层内部并围绕与其隔开的所述隔离层的外表面的方式形成所述外集电器。
7.根据权利要求1或2的线缆型二次电池，其中所述外集电器由如下材料制成：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝-镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；或导电聚合物。
8.根据权利要求7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、银、钯、镍或它们的混合物。
9.根据权利要求7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、聚氮化硫或它们的混合物。
10.根据权利要求1或2的线缆型二次电池，其中所述内集电器由如下材料制成：不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝-镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；或导电聚合物。
11.根据权利要求10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、银、钯、镍或它们的混合物。
12.根据权利要求10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、聚氮化硫或它们的混合物。
13.根据权利要求1或2的线缆型二次电池，其中所述内电极为负极且所述外电极为正极，或所述内电极为正极且所述外电极为负极。
14.根据权利要求1或2的线缆型二次电池，其中当所述内电极为负极且所述外电极为正极时，
所述内电极活性材料层包含选自如下材料中的活性材料：碳质材料；锂-钛复合氧化物；金属，所述金属包括Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni或Fe；所述金属的合金；所述金属的氧化物；所述金属和碳的复合材料；Si；Si的合金；Si的氧化物；Si和碳的复合材料；或它们的混合物，且
所述外电极活性材料层包含选自如下材料中的活性材料：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2、LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2或它们的混合物，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各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，x+y+z≤1。
15.根据权利要求1或2的线缆型二次电池，其中当所述内电极为正极且所述外电极为负极时，
所述内电极活性材料层包含选自如下材料中的活性材料：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2、LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2或它们的混合物，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各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中0≤x<0.5，0≤y<0.5，0≤z<0.5，x+y+z≤1，且
所述外电极活性材料层包含选自如下材料中的活性材料：碳质材料；锂-钛复合氧化物；金属，所述金属包括Sn、Li、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni或Fe；所述金属的合金；所述金属的氧化物；所述金属和碳的复合材料；Si；Si的合金；Si的氧化物；Si和碳的复合材料；或它们的混合物。
16.根据权利要求1或2的线缆型二次电池，其中所述隔离层为电解质层或隔膜。
17.根据权利要求16的线缆型二次电池，其中所述电解质层包含选自如下电解质中的电解质：
使用PEO、PVdF、PVdF-HFP、PMMA、PAN或PVAc的胶凝聚合物电解质；和
使用PEO、聚环氧丙烷、聚乙撑亚胺、聚硫化乙烯或聚乙酸乙烯酯的固体电解质。
18.根据权利要求16的线缆型二次电池，其中所述电解质层还包含锂盐。
19.根据权利要求18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、氯硼酸锂、低级脂族碳酸锂、四苯基硼酸锂或它们的混合物。
20.根据权利要求16的线缆型二次电池，其中所述隔膜为：
由选自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物或乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物中的聚烯烃类聚合物制成的多孔基材；
由选自聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚或聚萘二甲酸乙二醇酯中的聚合物制成的多孔基材；或
由无机粒子和粘合剂聚合物的混合物制成的多孔基材。
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