CN104170126A - 在正极极耳上包括绝缘层的正极及包含该正极的二次电池 - Google Patents

在正极极耳上包括绝缘层的正极及包含该正极的二次电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及正极及包含该正极的二次电池，上述正极包括：正极集电体；正极极耳，从上述正极集电体突出；以及绝缘层，在上述正极极耳上涂敷绝缘性物质而成。本发明的正极，通过在正极极耳上包括绝缘层，能够防止电池的变形，或者，在电池的制作过程中，因在切断电极时，电极的边缘变得锋利而在层叠电极时可能会产生的内部短路，或者，在高温气氛下因隔板的收缩等引起的正极和负极的物理短路等，并且，在将其适用于二次电极的情况下，可大大提高电池性能的安全性和可靠性。

Description

在正极极耳上包括绝缘层的正极及包含该正极的二次电池
技术领域
本发明涉及正极及包含该正极的二次电池，所述正极包括：正极集电体；正极极耳，从所述正极集电体突出；以及绝缘层，形成在所述正极极耳上，由绝缘性物质涂敷而成。
背景技术
随着对移动设备的技术研发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求正急剧增加，由此，正在进行对能够适应多种需求的电池的很多研究。
代表性地，在电池的形状方面，对以薄的厚度能够适用于手机等产品的角形电池和袋形电池的需求高，而在材料方面，对能量密度、放电电压及安全性优良的锂钴聚合物电池之类的锂二次电池的需求高。
在这种二次电池中，主要的研究课题之一是提高安全性。与电池的安全性相关事故的主要原因为由于正极和负极之间的短路而达到非正常的高温状态。即，虽然在正常情况下，以在正极和负极之间设置隔板的方式维持电绝缘，但在电池引起过充电或过放电，或者因电池材料的枝晶生长(dendritic growth)或异物而引起内部短路，或者由钉子、螺丝等锋利的物体贯通电池，或者在因外力而对电池施加过度的变形等非正常的误用、滥用的情况下，仅利用现有的隔板会存在界限。
通常，主要使用由聚烯烃树脂组成的微孔膜作为隔板，但所述微孔膜的耐热温度为120至160℃左右，耐热性并不充分。因此，若产生内部短路，则存在因短路反应热而使隔板收缩，使得短路部扩大，并到达产生更大更多的反应热的热失控(thermal runaway)状态的问题。
并且，如图1所示，一般来说，二次电池以按规定的大小切断正极和负极，并层叠多张的方式制成角形。此时，由于被聚合物电解质涂敷的正极或负极电极的边缘存在不显眼的非常小的针形的锋利部分，因此，若层叠电池，则在这一部分产生细微的内部短路，从而可对电池的性能产生不良影响。尤其，在涂敷聚合物电解质时，由于边缘的不规则的面比里侧多而难以实现均匀的涂敷，因此，发生短路的可能性高。并且，当层叠电极时，上下层的电极哪怕稍微脱离，就可能发生正极和负极的短路。
像这样，不断研究了用于降低电池变形或外部冲击或正极和负极的物理短路可能性的多种方法。
例如，为了防止在完成电池的状态下，因电极组装体移动而使电极极耳与电极组装体的上端接触，从而引发短路，具有在与集电体的上端相邻的电极极耳上附着预定大小的绝缘胶带的方法。作为这种绝缘胶带，通常使用聚酰亚胺膜，通常推荐从集电体的上端向下方略微延伸的长度为止缠绕绝缘胶带。并且，为了防止松解，通常缠绕两次至三次左右。
但是，这种绝缘胶带的卷绕作业非常繁杂，在从集电体的上端向下方略微延伸的长度为止缠绕绝缘胶带的情况下，这种部位可导致电极组装体的厚度的增加。并且，当电极极耳弯曲时，具有容易松开的问题。
发明内容
技术问题
本发明所要解决的问题在于，提供包括正极极耳的正极及包含该正极的二次电池，所述正极极耳能够最小化电池变形或在高温气氛下因隔板的收缩等引起的正极和负极的物理短路的可能性。
解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明提供正极，该正极包括：正极集电体；正极极耳，从上述正极集电体突出；以及绝缘层，在上述正极极耳上涂敷绝缘性物质而形成。
并且，本发明提供二次电池，该二次电池包括上述正极、负极及介于上述正极和负极之间的隔板。
发明的效果
本发明通过包括在上述正极极耳上涂敷绝缘性物质而成的绝缘层，可降低电池的变形或在高温气氛下因隔板的收缩等引起的正极和负极的物理短路的可能性。并且，可大大提高电池性能的安全性和可靠性。
附图说明
在说明书中所附的以下附图用于例示本发明的优选实施例，并与上述的发明内容一同起到更好地理解本发明的技术思想的作用，因此，本发明不应仅限于这种附图所记载的事项来解释。
图1示出了以往在二次电池中发生短路的一例。
图2示出了包括在通常的正极集电体上突出的正极极耳的正极的俯视图(a)及其侧面剖视图(b)。
图3示出了根据本发明的一实施例，在由无涂敷部形成的正极极耳上包括绝缘层的正极的俯视图(a)及侧面剖视图(b)。
图4至图6示出了根据本发明的实施例，分别在包括正极活性物质涂敷部的正极极耳上包括绝缘层的正极的侧面剖视图。
图7示出了根据本发明的一实施例，包括正极极耳的二次电池的模式图，上述正极极耳包括绝缘层。
具体实施方式
以下，为了助于对本发明的理解，对本发明进行更加详细的说明。
本说明书及发明要求保护范围所使用的术语或单词不应局限于词典上的意义来解释，应立足于发明人员为了以最佳的方法说明自己的发明，能够适当地定义术语的概念的原则，解释为符合本发明的技术思想的意义和概念。
本发明一实施例的正极，包括：正极集电体；正极极耳，从上述正极集电体突出；以及绝缘层，在上述正极极耳上涂敷绝缘性物质而成。
根据本发明的一实施例，上述在正极极耳上包括绝缘层的正极，能够大大缩短电池的制备工序，从而能够最终降低制造成本，并通过使绝缘部位变得更宽，能够进一步提高电池的稳定性。不仅如此，本发明具有不会引发在使用现有的绝缘性膜或胶带的过程中产生的问题，即，具有为了对相关部位进行附着而弯曲正极极耳时，脱离的可能性非常低，且不会导致电极组装体的厚度增加的效果。
本发明一实施例的上述正极极耳，具有在正极极耳的至少一面涂敷有电绝缘性物质(以下，简称为“绝缘性物质”)的结构。
根据本发明的一实施例，上述绝缘性物质可包含选自由丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸,、丙烯酸羟乙酯及苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)组成的组中的某一种或它们中的两种以上的混合物。上述绝缘性物质可以是以10重量百分比至90重量百分比的量分散于水中的水溶液。
根据本发明的一实施例，上述正极极耳可以与正极集电体呈一体，可以使作为正极集电体的材质的铝箔、铝网或其等同代替物中的某一种。
图2示出了包括在通常的正极集电体上突出的正极极耳的正极的俯视图(a)及其侧面剖视图(b)的一例。
具体而言，如图2(a)及(b)所示，在正极集电体(30)的一面或双面包括正极活性物质涂敷部10，与上述正极集电体30相向的一末端作为未包括正极活性物质涂敷部的无涂敷部，由此形成正极极耳20。
本发明一实施例的正极极耳，可通过如下方式形成，即，将在正极集电体的一面或双面涂敷有活性物质的连续性的正极薄片以单位电池间隔，借助模具进行冲切(notching)。
根据本发明，如图2及图3所示，冲切之后形成的正极极耳可形成为未包括正极活性物质涂敷部的无涂覆部，或者，如图4至图6所示，冲切之后形成的正极极耳可部分包括正极活性物质涂敷部。
另一方面，本发明一实施例的绝缘层的涂敷部分，可根据电池的结构等多种因素而变更，虽然对此没有特殊限定，但参照图3至图6举例说明如下。
首先，观察图3，图3示出了根据本发明的一实施例，包括由无涂覆部形成的正极极耳正极的俯视图(a)及侧面剖视图(b)。
参照图3(a)及(b)，在正极集电体30的一面或双面包括正极活性物质涂敷部10，并且，与上述正极集电体30相向的一末端未包括正极活性物质涂敷部而形成无涂覆部的上述正极极耳20，可包括在其一面或双面涂敷绝缘性物质而成的绝缘层40。
根据本发明的一实施例，在图3(a)中，上述绝缘层40可沿着正极极耳20的突出方向L涂敷正极极耳的所有长度(d+l)的10％至90％，例如，上述绝缘层的长度l可以为1mm至10mm。优选地，垂直于上述正极极耳20的突出方向L的上述绝缘层40的宽度w以与正极极耳20的宽度相同的宽度被涂敷，但并不局限于此。
如图4至图6所示，本发明另一实施例的上述正极极耳20可一部分包括正极活性物质涂敷部10。
参照图4至图6，本发明一实施例的上述正极，在正极集电体30的一面或双面包括正极活性物质涂敷部10，并且，从上述集电体30突出的正极极耳20可一部分包括正极活性物质涂敷部10。上述正极活性物质涂敷部10可包括倾斜部，上述倾斜部的厚度沿着正极极耳20的突出方向减少。
并且，根据本发明的一实施例，如图6所示，形成于上述正极极耳上的正极活性物质涂敷部，在上述正极集电体和上述倾斜部之间，具体地，在形成于上述正极集电体上的正极活性物质涂敷部和倾斜部之间还能包括平坦部。
根据本发明的一实施例，绝缘层40能够以包括上述正极活性物质涂敷部10的方式涂敷于正极极耳20上。形成于上述正极极耳20上的正极活性物质涂敷部10，可以为形成于正极集电体30上的正极活性物质涂敷部10的一部分向正极极耳20延伸而成。因此，形成于正极极耳20上的正极活性物质涂敷部10的材料可以与形成于正极集电体30上的正极活性物质涂敷部10的材料相同。
上述绝缘层40，可包括上述正极活性物质涂覆部10的倾斜部的倾斜面的一部分(图4及图6)或全部(图5)，并能沿着上述正极极耳20的突出方向涂敷正极极耳20的所有长度(d+l)的10％至90％。例如，上述绝缘层的长度l可以为1mm至10mm，并优选地，垂直于上述正极极耳20的突出方向L的上述绝缘层40的宽度以与上述正极极耳20的宽度相同的宽度被涂敷，但并不局限于此。
根据本发明的一实施例，如图4及图6所示，上述绝缘层40，可在正极极耳20上，从正极活性物质涂敷部10的倾斜部的倾斜长度s的1/2之后开始，沿着正极极耳的突出方向涂敷正极极耳的所有长度(d+l)的10％至90％。
并且，如图5所示，上述绝缘层40可在正极极耳20上包括正极活性物质涂敷部10的倾斜部的所有倾斜面(所有倾斜长度s)，沿着正极极耳的突出方向涂敷正极极耳的所有长度(d+l)的10％至90％。
另一方面，上述绝缘层40能够以正极活性物质涂敷部10的厚度的50％至100％的厚度T涂敷于正极极耳20上，例如，厚度可以为1μm至100μm。若上述绝缘层的涂敷厚度T过薄，则可能难以获得所需的电绝缘性，相反，若上述绝缘层的厚度T过厚，则存在涂敷层的固化时间变长或导致厚度增加的可能性，因此，并不优选。
根据本发明一实施例，上述绝缘层40包括正极活性物质涂敷部10的一部分是为了防止在正极活性物质涂敷部10和正极极耳20之间产生未形成绝缘层的间隙(gab)。
形成于上述正极极耳的一面或双面的绝缘层的涂敷方式同样可以多样，优选地，例如，可以借助喷涂方式将包含绝缘性物质的水溶液涂敷于正极极耳上。
根据本发明的一实施例，可在二次电池的制备工序中的任何步骤都能将绝缘性物质涂敷于上述正极极耳上，对此没有特殊限制。
例如，在正极集电体的一面或双面涂敷正极活性物质之后，在正极集电体的无涂覆部区域，或者以包括正极活性物质涂敷部的一部分的方式在无涂覆部区域涂敷绝缘性物质，从而形成绝缘层之后，借助模具冲切成所需的正极极耳的形态，由此能够获得包括上述绝缘层的正极极耳。
作为本发明的另一例，在上述正极极耳上涂敷绝缘性物质，可通过如下方式获得包括绝缘层的正极极耳，即，将在正极集电体的一面或双面涂敷有活性物质的连续性的正极薄片以单位电池间隔，借助模具冲切成所需的正极极耳的形态，从而形成正极极耳之后，在正极极耳上涂敷绝缘性物质。
涂敷有上述绝缘性物质的正极，可通过所属技术领域公知的干燥方法来完全干燥上述涂敷层，从而去除水分。干燥可在水分全部被挥发的程度的温度下变更适用热风方式、直接加热方式及感应加热方式等，且并不局限于此。
并且，本发明可提供二次电池，上述二次电池包括上述正极、负极及介于上述正极和负极之间的隔板。
图7表示本发明一实施例的二次电池的模式图，在包括正极100、负极200及隔板300的二次电池中，在上述正极延伸有包括涂敷绝缘性物质而成的绝缘层40的正极极耳20，上述正极100在正极集电体30上包括正极活性物质涂敷部10，上述负极200在负极集电体60上包括负极活性物质涂敷部70，上述隔板300介于上述正极100和负极200之间。
根据本发明的一实施例，所使用的正极活性物质可以为选自含锂过渡金属氧化物或其等同代替物中的某一种，更具体地，例如，上述正极活性物质可包含锰系尖晶石(spinel)活性物质、锂金属氧化物或它们的混合物。进而，上述锂金属氧化物可选自由锂-锰类氧化物、锂-镍-锰类氧化物、锂-锰-钴类氧化物及锂-镍-锰-钴类氧化物组成的组，更具体地，可以为LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、Li(NiaCobMnc)O2(其中，0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1，a+b+c＝1)、LiNi1-YCoYO2、LiCo1-YMnYO2、LiNi1-YMnYO2(其中，0≤Y＜1)、Li(NiaCobMnc)O4(0＜a＜2，0＜b＜2，0＜c＜2，a+b+c＝2)、LiMn2-zNizO4及LiMn2-zCozO4(其中，0＜Z＜2)。
并且，上述正极集电体可使用选自铝箔、铝网或其等同替代物中的某一种，但并不以这种材质限定本发明。
作为本发明一实施例的上述负极集电体，优选为铜，并且，能够以单独使用或混用两种以上的方式使用结晶质碳、非晶质碳或碳复合物之类的碳类负极活性物质作为负极活性物质，但并不以这种材质限定本发明。
上述正极及负极集电体的厚度可以为约10μm至100μm左右，涂敷于上述集电体的活性物质的厚度可以为50μm至200μm左右，但并不以这种厚度限定本发明。
根据本发明的一实施例，为了防止正极和负极的物理短路，能够将负极制成大于正极。
并且，为了防止正极和负极的物理短路，可在正极和负极之间插入隔板。上述隔板可以为由多孔性聚合物膜，例如，利用乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物及乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物之类的聚烯烃类聚合物制备的多孔性聚合物膜以单独层叠或层叠两种以上的方式形成。除此之外，可使用通常的多孔性无纺布，例如，由高熔点的玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等制成的无纺布，但并不局限于此。
虽然用于收纳本发明的二次电池的电池容器的外形不受特殊限制，但可以为例如使用罐的圆筒形、角形或袋(pouch)形，尤其，能够优选适用于基于绝缘性膜的附着的副作用大的角形电池。
根据本发明，涂敷有包含绝缘性物质的绝缘层的正极极耳，能够防止电池的变形或在电池的制作过程中，因在切断电极时，电极的边缘变得锋利而在层叠电极时可能会产生的内部短路，或者在高温气氛下因隔板的收缩等引起的正极和负极的物理短路等。由此，可制备电池性能的安全性和可靠性大幅度提高的电池，进而，能够使得二次电池的实用化更加容易。
<附图标记的说明>
10：正极活性物质涂敷部
20：正极极耳
30：正极集电体
40：绝缘层
100：正极   200：负极   300：隔板
d：无涂敷部
l：绝缘层的长度
w：绝缘层的宽度
T：绝缘层的厚度
产业上的可利用性
本发明通过包括在正极极耳上涂敷绝缘性物质而形成的绝缘层，可降低电池的变形或在高温气氛下因隔板的收缩等引起的正极和负极物理短路的可能性。并且，可大幅度提高电池性能的安全性和可靠性。

Claims (18)

1.一种正极，其特征在于，包括：
正极集电体；
正极极耳，从上述正极集电体突出；以及
绝缘层，在上述正极极耳上涂敷绝缘性物质而成。
2.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述绝缘性物质包含选自由丙烯酸丁酯、苯乙烯、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯及苯乙烯-丁二烯橡胶组成的组中的一种或它们中的两种以上的混合物。
3.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述绝缘性物质为以10重量百分比至90重量百分比的量分散于水中的水溶液。
4.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述正极极耳为不包括正极活性物质涂敷部的无涂敷部。
5.根据权利要求4所述的正极，其特征在于，所述绝缘层沿着正极极耳的突出方向涂敷正极极耳的所有长度的10％至90％。
6.根据权利要求4所述的正极，其特征在于，所述绝缘层以与垂直于正极极耳的突出方向的正极极耳的宽度相同的宽度被涂敷。
7.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述正极极耳一部分包括正极活性物质涂敷部。
8.根据权利要求7所述的正极，其特征在于，所述正极活性物质涂敷部包括倾斜部，该倾斜部的厚度沿着正极极耳的突出方向减少。
9.根据权利要求8所述的正极，其特征在于，所述绝缘层，包括所述倾斜部的倾斜面的一部分或全部，并沿着正极极耳的突出方向被涂敷正极极耳的所有长度的10％至90％。
10.根据权利要求8所述的正极，其特征在于，所述绝缘层，从上述倾斜部的倾斜长度的1/2之后开始，沿着正极极耳的突出方向被涂敷正极极耳的所有长度的10％至90％。
11.根据权利要求8所述的正极，其特征在于，所述正极活性物质涂敷部，在所述正极集电体和所述倾斜部之间还包括平坦部。
12.根据权利要求7所述的正极，其特征在于，所述绝缘层，以正极活性物质涂敷部的厚度的50％至100％的厚度涂敷于正极极耳上。
13.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述绝缘层的长度为1mm至10mm。
14.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述绝缘层的厚度为1μm至100μm。
15.根据权利要求1所述的正极，其特征在于，所述绝缘层，通过喷涂方式涂敷于正极极耳上。
16.一种二次电池，其特征在于，包括根据权利要求1所述的正极、负极及介于所述正极和负极之间的隔板。
17.根据权利要求16所述的二次电池，其特征在于，所述负极的大小大于所述正极。
18.根据权利要求16所述的二次电池，其特征在于，所述二次电池为圆筒形、角形或袋形。
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