CN105378980B - 电极及其制备方法以及利用其的电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电极及其制备方法以及利用其的电池。本发明一实施例的电极包括无纺布集电体，上述无纺布集电体包括：导电无纺布片，包括多个导电纤维的网状物，并包括从上述导电无纺布片的主表面连通上述导电无纺布片的内部的气孔；以及多个导电图案，部分闭塞上述导电无纺布片的主表面上的气孔。

Description

电极及其制备方法以及利用其的电池
技术领域
本发明涉及电池技术，更详细地涉及电极及其制备方法以及利用其的电池。
背景技术
随着过去20年之间半导体制备技术及通信技术飞跃发展，作为如移动通信终端及笔记本电脑之类的便携式电子装置的电源，广泛地实现对锂离子电池的研究和商用化。最近，为了应对如能量枯竭和温室效应之类的环境问题，需要急剧增加节能技术，其结果，除了便携式电子装置相关产业之外，还活跃地进行对可适用于电动汽车、混合动力车或电网的中大型电池的关心和研究。作为这种用途的电池，主要研究镍-金属氢(Ni-MH)电池和锂二次电池。其中，由于锂二次电池利用自然界中已知的金属中最轻且标准还原电位最低的锂，因而不仅能量密度高，还可制备高电压和高功率的电池。
在实现这种电池性能的过程中，开发适当的集电体很重要。为了提高电池性能，集电体需要改善内部电阻和不可逆性。并且，为了具有制备经济性，上述集电体应可得到高的收率。
发明内容
技术问题
本发明要解决的技术问题在于，提供集电体，上述集电体不仅能量密度高，而且充放电效率、充放电速度及循环特性优秀，并达成高的收率，从而具有制备经济性。
并且，本发明要解决的再一技术问题在于，提供利用具有上述优点的无纺布集电体，从而具有再现性和可靠性的电池的制备方法。
并且，本发明要解决的另一技术问题在于，提供具有上述优点的电池的制备系统。
解决问题的手段
用于解决上述技术问题的本发明一实施例的电极包括导电无纺布片，上述导电无纺布片包括多个导电纤维的网状物，并包括从上述导电无纺布片的主表面连通上述导电无纺布片的内部的气孔。在上述导电无纺布片的主表面上形成有无纺布集电体，上述无纺布集电体形成有部分闭塞上述气孔的多个导电图案。
在一部分实施例中，上述多个导电图案可配置于电极封装结构的应力集中部分。并且，上述多个导电图案可与用于形成上述电极的上述无纺布集电体的移送方向平行。
在一部分实施例中，上述多个导电图案可包括以规定间隔隔开的多个线条图案。在此情况下，上述多个线条图案以与电极封装结构的缠绕轴、折叠轴或弯曲轴平行的方式横穿上述导电无纺布片的主表面。并且，上述多个导电图案可向上述多个导电无纺布片的边缘延伸。
用于解决上述再一技术问题的本发明一实施例的电极的制备方法包括如下步骤：准备上述的无纺布集电体，并使上述无纺布集电体通过装入有包含电活性物质的前体或电活性物质的分散溶剂的浆料的槽(bath)的内部，来使上述电活性物质浸渍于上述无纺布集电体的内部的步骤。之后，可使向上述槽的外部露出的无纺布集电体干燥，并对浸渍有上述电活性物质的无纺布集电体加压。
使上述电活性物质浸渍于上述无纺布集电体的内部的步骤可由上述无纺布集电体通过配置于上述槽的内部且具有间隙的处理辊的上述间隙来执行。在一部分实施例中，上述处理辊的表面可具有包括凹凸的表面图案。
在一部分实施例中，在使上述分散溶剂干燥的步骤之前，可扫除向上述槽的外部露出的上述无纺布集电体的表面上的剩余电活性物质。并且，在使上述分散溶剂干燥的步骤之前，还可执行对向上述槽的外部露出的上述无纺布集电体的表面加压来调节上述电活性物质的浸渍量的步骤。
在一部分实施例中，还可执行将上述无纺布集电体的上述多个导电图案中的至少一部分与电池标签或引线相结合的步骤。上述多个导电图案配置于电极封装结构的应力集中部分。并且，上述多个导电图案可与用于形成上述电极的上述无纺布集电体的移送方向平行。在一部分实施例中，上述多个导电图案可包括以规定间隔隔开的多个线条图案。
用于解决上述另一技术问题的本发明一实施例的电池可以为包括负极、正极及上述负极和上述正极之间的分离膜的二次电池。上述负极及上述正极中的至少一个可包括电极，上述电极包括上述的无纺布集电体。在一部分实施例中，上述多个导电图案可配置于上述电极的应力集中部分。
发明的效果
根据本发明的实施例，使用具有多个导电纤维的网状物的导电无纺布片，从而基于优秀的电特性和纤维的柔韧性和组织性，通过集电体和电活性物质之间的内部电阻减少和界面增加效果，不仅可提高电池的能量密度，还可得到充放电速度、充放电效率及循环特性得到改善的电池。并且，在上述导电无纺布片上形成多个导电图案来提高机械拉伸强度，从而防止当进行利用退绕装置的连续工序或封装如凝胶卷之类的电池时有可能发生的由无纺布集电体的变形引起的内部电阻的增加，改善由降伏引起的不良来提高收率，并容易进行电池标签或引线形成工序。
并且，根据本发明的再一实施例，可提供利用具有上述优点的无纺布集电体的电池的制备方法。
并且，根据本发明的另一实施例，可提供利用具有上述优点的无纺布集电体的电池的制备系统。
附图说明
图1a为图示本发明一实施例的无纺布集电体的立体图，图1b为本发明再一实施例的无纺布集电体的部分图，图1c为图示本发明另一实施例的无纺布集电体的立体图。
图2a及图2b为图示本发明其他多个实施例的多个无纺布集电体的多个立体图。
图3a及图3b为依次图示本发明一实施例的电极的制备方法的多个立体图。
图4为本发明一实施例的电极的制备系统。
图5为本发明另一实施例的包括无纺布集电体的电极的立体图。
图6a至图6d为分别图示本发明各种实施例的多个张力加强层的多个立体图。
图7图示本发明再一实施例的电极的制备系统。
图8a至图8d为图示本发明各种实施例的利用无纺布集电体的电池的电极组装体的多个立体图。
图9为图示本发明一实施例的包括利用无纺布集电体的电极的电池的分解立体图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明优选实施例进行详细的说明。
本发明的多个实施例用于使本发明所属技术领域的普通技术人员更加完整地理解本发明，以下实施例能够以多种不同的方式变形，本发明的范围不局限于以下实施例。反而，这些实施例使本公开内容更充实、完整，用于向本发明所属技术领域的普通技术人员传达更完整的本发明思想。
并且，在以下的附图中，各层的厚度或大小为了说明的便利及明确性而有所扩张，在附图中相同的附图标记指相同的要素。如在本说明书中使用，术语“和/或”包含所例举的项目中的一个及一个以上的所有组合。
在本说明书中所使用的术语用于说明特定实施例，并不限制本发明。如在本说明书中所使用，单数形态只要不明确指出上下文上不同的情况，就可包括多个形态。并且，在用于本说明书的情况下，“包含(comprise)”和/或“包含的(comprising)”特定提及的多个形状、数字、步骤、动作、部件、因素和/或它们组的存在，并不排除一个以上的其他形状、数字、动作、部件、因素和/或多个组的存在或附加。
在本说明书中，“第一”、“第二”等术语用于说明各种部件、配件、区域、多个层和/或多个部分，但这些部件、配件、区域、多个层和/或多个部分不局限于这些术语，这是显而易见的。这些术语只用于区别一个部件、配件、区域、层或部分与其他区域、多个层或多个部分。因此，以下说明的第一部件、配件、区域、层或部分在不超过本发明的教导的情况下，也可指第二部件、配件、区域、层或部分。
图1a为图示本发明一实施例的无纺布集电体100的立体图，图1b为本发明再一实施例的无纺布集电体100’的部分图，图1c为图示本发明另一实施例的无纺布集电体100”的立体图。
参照图1a，无纺布集电体100包括导电无纺布片10。如部分放大图M所示，导电无纺布片10可包括多个导电纤维10W。多个导电纤维10W起到电子的传递路径的功能，导电无纺布片10与以往的二维金属集电箔不同，可使用为由多个三维导电网状物形成的集电体。由于导电无纺布片10本身具有集电体功能，因而可代替现有的金属集电体箔。
多个导电纤维10W具有随机相互缠绕的无纺布结构。如部分放大图M所示，多个导电纤维10W大体上呈弯曲的无规则的形态，且相互通过物理接触来电连接，从而形成以遍及整个体积的方式通电的单一的导电网状物。上述导电网状物由于多个导电纤维10W弯曲或折弯，从而相互缠绕并接触或结合而成，因而内部具有气孔，且可移动，从而对于填充至内部的电活性物质充放电时的体积变化的适应性大，且由于纤维特性，无纺布集电体100可具有可挠性(flexibility)。并且，通过上述多个气孔，电解液容易浸湿，如用于电池化学反应的锂离子之类的阳离子的传递移动率得到提高，从而可提高充放电效率。
多个导电纤维10W为多个金属丝、涂敷有多个碳纤维、多个导电性聚合物纤维、金属层或导电性聚合物层的多个聚合物纤维(例如，涂敷有金属的聚烯烃(polyolefin)纤维)或多个中空金属纤维(例如，利用碳纤维或聚合物纤维来制备牺牲核心，并在上述牺牲核心上涂敷金属层后，使上述牺牲核心氧化或燃烧来去除，从而残留金属层的多个纤维)，上述多个导电纤维10W优选为多个金属丝。
在一部分实施例中，为了减少多个导电纤维10W之间的接触电阻，并提高结合力，在多个导电纤维10W上还可形成有金属层或导电性聚合物层。例如，在由多个碳纤维或多个金属丝形成的多个导电纤维上还可涂敷有导电性聚合物层或金属层。并且，在上述金属层或导电性聚合物层和多个导电纤维10W的表面之间可形成有用于提高它们之间的接合力的适当的反应界面层或缓冲层。
上述多个金属丝可以为铜、钛、不锈钢、镍、铂、金、银、钌、钽、铌、铪、锆、钒、铟、钴、钨、锡、锌、铍、钼或它们的合金、上述的电活性物质或包括它们的固溶体的纤维体。例如，在正极的情况下，使用铝丝，在负极的情况下，可使用铜或镍丝。在另一实施例中，这种材料也可具有依次罗列上述多个金属的层叠结构，也可包含通过热处理来部分氧化的层或插层化合物。并且，多个金属丝由相互不同种类的金属形成，可通过多个异种金属丝来提供导电无纺布片10。
上述多个金属丝的厚度可以在1μm至200μm的范围内。若上述多个金属丝的厚度小于1μm，则难以成形具有均匀的物性，例如，均匀的电阻的多个金属丝，并难以涂敷电活性物质。并且，若多个金属丝的厚度大于200μm，则多个金属丝的每体积表面积减少，从而难以提高根据表面积增加的电池性能，不仅减少能量密度，而且还降低浸渍于无纺布集电体100内部的电活性物质的束缚效果，导致在反复进行充放电的过程中，电活性物质从导电丝脱落，从而有可能使电池的循环特性劣化。
在一部分实施例中，优选地，金属丝的厚度可以为2μm至20μm。若将其换算为每单位长度的表面积/体积比(例如，在具有圆形截面的情况下，4/直径)，则相当于4×105(1/m)至2×106(1/m)。一般，使用金属箔的现有的集电体的厚度大致为20μm。相对于使用厚度为20μm的箔的以往的集电体，厚度为2μm至20μm的金属丝具有增加约4倍至40倍的表面积。集电体的表面积是指分别与电活性物质及电解质液形成反应界面的多个金属丝10W的每电极体积导电网状物的表面积，通过将其最大化，可得到能量密度飞跃提高的电池。
在一部分实施例中，多个金属丝的平均长度可以为5mm至1000mm范围内的长度，在此情况下，上述多个金属丝的平均纵横比在25至106范围内。根据需要，上述金属丝以长度为5cm至8cm左右的方式片段化，从而可形成无纺布结构。
在另一实施例中，形成导电网状物的多个金属丝的长度及厚度中的一种以上可相互不同。例如，可混合长丝和短丝来形成无纺布集电体。相对于长丝的短丝的长度比率可以在1％至50％范围内。长丝决定无纺布集电体的所有导电率和机械强度，短丝提高活性物质和长丝之间的电子传递路径或多个长丝之间的电连接，从而可决定电池的内部电阻。
上述多个金属丝具有金属所具有且与其他材料相比相对更优秀的耐热性、可塑性及电导性，并具有可进行如无纺布加工之类的纤维制备工序的优点。因此，若利用上述金属丝，则实际在5mm以上的整个长度范围内，可直接维持这种材料的优点，因而与上述列举的涂敷有多个碳纤维或多个导电性聚合物纤维、多个导电材料的聚合物纤维之类的其他材料相比，混杂工序或热工序的工序负担少，且可得到制备工序窗口相对宽的优点。
在一部分实施例中，多个导电纤维10W例如在多个金属丝上可涂敷有导电材料。上述导电材料在形成无纺布之前，预涂敷(precoating)于多个导电纤维10W上或在之后的后续工序中，可利用适当的分散溶剂来进行后涂敷(post coating)。上述导电材料可以为碳黑、乙炔黑、科琴黑及超细石墨粒子之类的细碳(fine carbon)、纳米金属粒子糊剂、氧化铟锡(ITO，indium tin oxide)糊剂、碳纳米管或比表面积大且电阻低的其他纳米结构体，本发明不局限于此。在利用无纺布集电体100的电极中，上述导电材料防止因电池充放电时导致的体积变化而从多个导电纤维10W脱落电活性物质，或当多个导电纤维10W之间的物理接触变弱时有可能发生的内部电阻的增加和电池的寿命劣化。
在一部分实施例中，为了将上述导电材料固定于多个导电纤维10W上，粘结剂(binder)可与上述导电材料一同预涂敷或后涂敷。上述粘结剂不仅将上述导电材料固定于多个导电纤维10W上，还固定多个导电纤维10W之间，或起到固定浸渍的电活性物质的作用。例如，上述粘结剂可以为聚偏氟乙烯(PVdF，polyvinylidenefluoride)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR，styrenebutadiene rubber)、聚酰亚胺(polyimide)、聚氨酯(polyurethane)类聚合物、聚酯(polyester)类聚合物及乙烯-丙烯二烯共聚物(EPDM，ethylene-propylenedienecopolymer)之类的高分子粘结剂(binder)。
参照图1b，具有另一实施例的导电无纺布片的无纺布集电体100’还可包含与多个导电纤维10W一同分散的多个线性粘结剂30W。上述多个线性粘结剂30W可包含对纤维化有利的高分子材料。例如，多个线性粘结剂30W可包含聚乙烯(PE，polyethylene)、聚丙烯(PP，polypropylene)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET，polyethylene terephthalate)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PPT，polypropylene terephthalate)、尼龙(nylon)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN，polyethylene naphthalate)、聚醚砜(PES，polyethersulfone)、聚醚醚酮(PEEK，polyetheretherketone)、聚苯硫醚(PPS，polyphenylene sulfide)、聚偏氟乙烯(PVDF，polyvinylidene fluoride)、它们的共聚物之类的衍生物或混合物。这种材料是例示性的，本发明不局限于此。线性粘结剂30W还可包含如高强度、高弹性、磁致伸缩纤维之类的其他适当的具有机械性或耐热性的功能性高分子材料。在制备方面，随机混合多个线性粘结剂30W和多个导电纤维10W后，可通过混杂等的工序来得到无纺布结构，或通过纤维混纺工序来得到它们的结合结构。
在图1a及图1b所示的无纺布集电体100、100’中，多个电活性物质(未图示)以浆料或粉末形态通过上述气孔浸渍或涂敷于多个导电纤维10W上而成。在另一实施例中，用电活性物质制备多个导电纤维10W，来由多个导电纤维10W本身可起到电活性物质的功能。选择性地，多个电活性物质预涂敷于上述多个导电纤维上，或通过由电活性物质形成的多个导电纤维的气孔，还可浸渍电活性物质。
例如，在正极的情况下，上述电活性物质可以为LiNiO2、LiCoO2、LiMnO2、LiFePO4及LiV2O5之类的物质，这种物质可通过上述方式填充于导电无纺布片内。这种材料只是用于例示，本发明不局限于此。例如，正极用电活性物质可选自包含锂、镍、钴、铬、镁、锶、钒、镧、铈、铁、镉、铅、钛、钼或锰的双组分系统以上的氧化物(oxide)、磷酸盐(phosphate)、硫化物(sulfide)、氟化物(fluoride)或它们的组合。例如，上述正极用电活性物质可以为Li[Ni、Mn、Co]O2之类的三组分系统以上的化合物。
在负极的情况下，上述电活性物质可包含碳材料(作为软化碳或硬化碳的低结晶碳/天然石墨(natural graphite)、漂浮石墨(Kish graphite)、热解碳(pyrolyticcarbon)、液晶沥青基碳纤维(mesophase pitch based carbon fiber)、碳微球(meso-carbon microbeads)、中间相沥青(Mesophase pitches)、石油或煤类焦炭(petroleum orcoaltar pitch derived cokes)之类的高温塑性的高结晶碳/科琴黑(Ketjen Black)/乙炔黑/金属锂/硅(Si)或硅氧化物之类的硅类化合物/锡(Sn)、其的合金或SnO2之类的Sn类化合物/铋(Bi)或其的化合物/铅(Pb)或其的化合物/锑(Sb)及其的化合物/锌(Zn)及其的化合物/铁(Fe)及其的化合物/镉(Cd)及其的化合物/铝(Al)或其的化合物，本发明不局限于此。例如，上述电活性物质还可包含可进行锂的吸藏(intercalation)/释放(deintercalation)或合金化(alloying)/去合金化(dealloying)的其他金属、准金属、非金属或它们的氧化物、氮化物、氟化物之类的化合物。并且，上述电活性物质还可包含适合NaS电池的钠或其他氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物及碲化物中的至少一种。
在一部分实施例中，在以粒子形态向导电无纺布片10的气孔内填充电活性物质的情况下，为了填充的上述电活性物质和多个导电纤维之间的束缚，可添加聚偏氟乙烯(PVdF，polyvinylidenefluoride)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR，styrenebutadiene rubber)、聚酰亚胺(polyimide)、聚氨酯类聚合物、聚酯类聚合物及乙烯-丙烯二烯共聚物(EPDM，ethylene-propylenediene copolymer)之类的高分子粘结剂(binder)。并且，与上述粘结剂一同，还可添加碳黑、乙炔黑、科琴黑及超细石墨粒子之类的细碳(fine carbon)、纳米金属粒子糊剂或氧化铟锡(ITO，indium tin oxide)糊剂、碳纳米管或作为比表面积大且电阻低的其他纳米结构体的导电材料。
重新参照图1a，在多个导电无纺布片10的主面的表面(以下，称为主表面)上可形成有部分闭塞气孔的多个导电图案10P_1。多个导电图案10P_1可形成于导电无纺布片10的一个主面或两个主面。
用于配置多个导电图案10P_1的导电无纺布片10的表面与其他露出的导电无纺布片的相邻表面区域不同，闭塞露出于表面上的多个气孔。上述闭塞的程度根据多个导电图案10P_1的形成方法包括实际多个气孔完全消失的状态或气孔率的大小减小至30％以下的情况。形成有多个导电图案10P_1的导电无纺布片10的多个表面区域比未形成有多个导电图案10P_1的其他露出的表面10E，可更强化机械强度或强化所有无纺布集电体的拉伸强度。以下，详细说明这种特征。
在一部分实施例中，多个导电图案10P_1可使导电无纺布片10表面的多个导电纤维10W相互部分熔敷而成。上述部分熔敷可通过超声波焊接、热焊接或焊接工序来执行。在另一实施例中，多个导电图案10P_1还可将金属图案层之类的导电膜涂敷或熔敷于导电无纺布片10的表面而成。这种涂敷可在导电无纺布片10的主表面全面地形成导电膜，并进行图案化来实现，或将图案化的导电膜层压于导电无纺布片10上来实现。
除了用多个导电图案10P_1闭塞的部分之外，导电无纺布片10的剩余多个表面10E可通过露出的多个气孔来将导电无纺布片10的表面和内部相连通。通过导电无纺布片10的露出的表面的气孔，可执行电活性物质的装载工序，除了被多个导电图案10P_1遮蔽的区域之外，装载的电活性物质可从导电无纺布片10的无纺布集电体的表面均匀地填充至内部。这种装载工序结束后，若擦去填充有电活性物质的无纺布集电体的表面，则多个导电图案10P_1有可能露出。选择性地，填充有电活性物质的无纺布集电体可经过用于控制电极的密度及厚度的压接工序。
多个导电图案10P_1可包括多个线条图案，上述多个线条图案以规定间隔隔开，以便可在无纺布集电体10的表面上露出气孔。如图1a所示，上述线条图案可具有横穿导电无纺布片10的主表面的形状。在此情况下，上述多个线条图案可延伸至导电无纺布片10的边缘。
如参照图4及图7而后述，箭头x方向是指当连续进行电极制备工序时，导电无纺布片100的移送方向(P方向、B方向)，如参照图8a至图8d而后述，箭头y方向是指当封装电池时，与无纺布集电体的折叠及缠绕之类的封装工序中的折叠轴或缠绕轴I平行的方向。在图1a的实施例中，上述多个线条图案例示向与无纺布集电体的折叠轴或缠绕轴平行的方向整列的情况。但是，这种多个线条图案的方向也可与导电无纺布片100的移送方向平行。并且，在上述实施例中，说明导电无纺布片100的移送方向和无纺布集电体的折叠轴及缠绕轴相互正交的情况，但这只是用于例示，它们的方向也可相互平行。
参照图1c，无纺布集电体100”的多个导电图案10P_1’可包括熔敷部，上述熔敷部从导电无纺布片10的一个表面扩张至内部，从而延伸至相反主面。上述熔敷部可在形成多个导电图案10P_1’时，多个导电纤维向导电无纺布片10的深度方向相互熔敷而成。深度方向的熔敷可通过调节超声波焊接、热焊接或焊接工序时施加的能量之类的变量来实现。如上所述，若穿过导电无纺布片的表面，向深度方向实现多个导电纤维10W之间的熔敷，则如图所示，导电无纺布片可变形为水波形状。
图2a及图2b为图示本发明再一实施例的多个无纺布集电体100A、100B的多个立体图。
参照图2a，多个导电图案10P_2可包括多个线条图案，上述多个线条图案以规定间隔隔开，以便可在无纺布集电体10的表面上露出气孔。上述多个线条图案可具有横穿导电无纺布片10的主表面的形状。如上所述，上述多个线条图案可向与导电无纺布片100的移送方向平行的x方向整列。并且，上述线条图案可形成于无纺布集电体10的边缘，或也可只局部形成于边缘。
参照图2b，导电图案10P_3还可包括形成于导电无纺布片10的主表面上的格子图案。上述格子图案可具有向箭头x及箭头y方向延伸的格子图案。在一部分实施例中，如图2b所示，上述格子图案可均形成于导电无纺布片10的上部表面10U和下部表面10B。图2b所示的多个特征可适用于参照图1a至图2a来说明的多个导电图案10P_1、10P_2。例如，在图1a的导电无纺布片10的两个主表面上可形成有导电图案10P_1。
上述的多个导电图案可具有相互组合的形态。例如，在导电无纺布片10的上部表面10U可形成有多个线条图案，在导电无纺布片10的下部表面10B可形成有格子图案。并且，在导电无纺布片10的上部表面10U和下部表面10B可分别形成有多个线条图案，这些多个线条图案可相互向x方向及y方向正交。并且，如参照图1c来说明，多个导电图案还可从导电无纺布片10的一个表面向深度方向扩张。
上述的多个导电图案可向作为其延伸方向的x方向或y方向提高导电无纺布片10的拉伸强度或在封装电池时，在无纺布集电体的折叠及缠绕工序中，以缓解由集中于无纺布集电体的特定区域的应力引起的变形或断裂的方式用机械方式强化导电无纺布片10。并且，上述多个导电图案的表面提供不受电活性物质干涉而干净的导电表面，来可起到用于与外部电路的连接的引线或作为标签位置的功能。参照相关附图更详细地说明这种特征及优点。
图3a及图3b为依次图示本发明一实施例的电极的制备方法的多个立体图。
参照图3a，对于形成有多个导电图案10P的导电无纺布片10，在导电无纺布片10的内部可执行填充电活性物质的工序。如用箭头G表示，上述电活性物质能够以浆料或粉末形态装载(loading)于导电无纺布片10的内部。例如，上述电活性物质的装载可由狭缝模或喷雾装置(未图示)之类的适当的注入装置执行。通过上述狭缝模，电活性物质以浆料或粉末形态通过导电无纺布片10的露出的表面10E的气孔浸渍于导电无纺布片10的内部。适当地控制施加于上述注入装置的压力来可控制浸渍的电活性物质的量和分散均匀度。
对于装载于导电无纺布片10的内部的电活性物质，多个导电图案10P起到掩膜的功能。除了被多个导电图案10P闭塞的部分之外，多个剩余表面10E可通过露出的气孔与导电无纺布片10的内部连通。其结果，装载的电活性物质可从导电无纺布片10的表面均匀地填充至内部。
参照图3b，在这种装载工序结束后，可制备填充有电活性物质的无纺布集电体100。若去除露出的多个导电图案10P表面上的电活性物质，则有可能露出多个导电图案10P的干净的表面，这种多个导电图案10P的表面成为电池标签或引线Tb的位置。由于电池标签或引线Tb可在无填充于导电无纺布片10的电活性物质的干涉的情况下焊接或熔敷于多个导电图案10P，因而实际可与无纺布集电体内部的多个导电纤维的网状物低电阻接触，并容易形成用于无纺布集电体100’的电池标签或引线。
当考虑缠绕或折叠之类的电池组件方式时，优选地，电池标签或引线Tb形成于无纺布集电体100’的边缘。在此情况下，多个导电图案10P可延伸至导电无纺布片10的边缘。
选择性地，为了在装载电活性物质后控制电极的密度及厚度，如由箭头H表示，导电无纺布片10也可经过压接工序。这种压接工序可在形成电池标签或引线Tb之前或之后执行，本发明不局限于此。并且，用导电无纺布片10填充电活性物质的工序如后述，以通过适当的卷绕辊或移送单元连续供给导电无纺布片10，并填充电活性物质的方式执行。
图4为本发明一实施例的电极的制备系统FS1。
参照图4，电极的制备系统FS1为向连续被提供的导电无纺布片10L填充电活性物质来形成电极的装置。制备系统FS1作为用于连续供给导电无纺布片10L的供给装置或移送单元，可包括多个辊部件(RT_1～RT_8)。
在多个上述辊部件中，第一移送辊RT_1可以为用于供给导电无纺布片10L的退绕装置。从退绕装置RT_1解开的导电无纺布片10L经过用于维持方向转换或适当的拉伸应力的第二移送辊RT_2后，可经过内部溶解或分散有电活性物质SS的槽BA(bath)。第二移送辊RT_2用于例示，可省略或被其他公知的单元代替或组合使用。
槽BA内部的电活性物质SS也可以为浆料、干燥状态的粉末或粘性低的液体。在粘性低的液相的电活性物质的情况下，在形成导电无纺布片10L的多个导电纤维上，上述电活性物质SS也可由膜形态涂敷。在槽BA内部可形成有第三移送辊RT_3及第四移送辊RT_4，上述第三移送辊RT_3及第四移送辊RT_4克服由电活性物质SS和具有气孔的导电无纺布片10L之间的接触引起的摩擦力及由气孔引起的阻力，并使导电无纺布片10L以规定的速度向P方向移动。这些第三移送辊RT_3及第四移送辊RT_4只是用于例示，也可适用其他公知的移送单元。
在一部分实施例中，在槽BA内可形成有通过导电无纺布片10L的露出的表面的气孔，向其内部用于促进电活性物质SS的浸渍的供给单元。如图4所示，上述供给单元可包括可施加规定压力的第一处理辊RP_1。第一处理辊RP_1以定义规定大小的间隙的方式相向排列，可向互相相反的方向旋转。随着导电无纺布片10L经由上述间隙，电活性物质SS得到加压，来使电活性物质SS从导电无纺布片10L的表面向内部压入。为了调节电活性物质SS的均匀填充、最密填充和/或浸渍量，上述第一处理辊RP_1可以为2对以上，本发明不局限于此。
在一部分实施例中，上述供给单元例如第一处理辊RP_1可具有用于向与导电无纺布片10L相接触的表面拉动周边的电活性物质SS的适当的凹凸之类的表面图案。作为上述供给单元，上述的第一处理辊RP_1只是用于例示，本发明不局限于此。例如，为了调节均匀填充、最密填充和/或浸渍量，上述供给单元也可由杆形、平板形或它们的组合来变形实施。这种工序由于通过导电无纺布片10L的气孔浸湿的电活性物质捕集于导电无纺布片10L的内部，因而可利用槽来进行电活性物质的有效的浸渍工序，在这种槽内通过拉动的电活性物质的浸渍工序难以在现有的金属箔集电体中执行。
若电活性物质SS填充于导电无纺布片10L而成为无纺布电极100L，则无纺布电极100L向槽BA外流出。在槽BA内，在无纺布电极100L的表面上可沾有剩余的电活性物质。为了去除上述剩余的电活性物质，用叶片BL之类的扫除部件擦拭无纺布集电体100L的表面来去除剩余的电活性物质，并可使形成于无纺布集电体100L的表面上的多个导电图案(参照图1a的10P_1)的表面露出。
在一部分实施例中，也可在槽BA外形成有第二处理辊RP_2之类的引导辊，上述引导辊施加规定压力，以便调节无纺布集电体100L内的电活性物质的浸渍量。如上所述，若电活性物质的浸渍工序结束，则无纺布集电体100L向后续工序移送。为此，制备系统FS可包括第五辊部件RT_1至第七辊部件RT_8作为移送单元。
填充有电活性物质的无纺布集电体100L可通过热风装置之类的干燥装置或热处理装置HZ来进行后处理。之后，如由箭头H表示，通过可施加压力的第三处理辊RP_3进行后处理的无纺布集电体可进行加压。通过这种加压工序，可控制无纺布电极的厚度和基于此的电极的能量密度。
制备的无纺布电极可通过制备系统FS1连续输出，并通过卷绕装置RT_8来收纳。适当切割被收纳的无纺布电极，来可利用为电池的负极或正极。在一部分实施例中，不单独收纳制备的无纺布电极，并可连续经过标签形成工序、分离膜层叠工序、用于封装的堆叠、凝胶卷工序或电解质浸渍之类的后端工序。
在仅由多个导电纤维的物理粘结形成的无纺布集电体的情况下，由于其纤维特性，在通过上述移送方式的连续工序中，由于对无纺布集电体施加的应力，无纺布集电体可伸长20％以上。在此情况下，气孔率的变化和无纺布集电体内的不均匀度增加，从而实际上不能进行利用辊的连续传递及工序。并且，在过度延伸或严重的情况下，有可能出现断裂之类的极端的不良，即使不出现这种现象，在无纺布集电体伸长的情况下，有可能劣化导电纤维之间的电连接及多个导电纤维表面和电活性物质之间的电连接，因而需要控制及抑制伸长率。根据本发明的实施例，通过形成于导电无纺布片上的多个导电图案，可加强无纺布集电体的张力，因而无纺布集电体的拉伸伸长率被抑制为20％以下，优选地，拉伸伸长率可抑制在0.1％至10％的范围内，因而在与利用现有的金属箔的集电体的电池制备工序相同的水平上，可进行利用辊之类的移送单元的连续工序，不仅可确保无纺布集电体的电化学特性，而且还可最大限度地确保连续工序上的优点。
图5为本发明另一实施例的包括无纺布集电体100”的电极的立体图。
参照图5，无纺布集电体100”可包括上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B。上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B可以为如上所述的导电无纺布片(图1a的10)。多个导电纤维10W为电子的传递路径，可使用为集电体。在上部导电无纺布片10A及下部导电无纺布片10B中的至少一个表面上以气孔为部分可形成有多个导电图案10P。多个导电图案10P还可包括熔敷部(参照图1b的10P_1)，上述熔敷部经过上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B的整个厚度或一部分深度。上述熔敷部有可能只局限于上部导电无纺布片10A或下部导电无纺布片10B。
在上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B之间可配置有张力加强层20。在另一实施例中，无纺布集电体100”可包括单一导电无纺布片，张力加强层20可形成于导电无纺布片的一个主表面或两个主面。在另一实施例中，上述无纺布集电体可以为结合有张力加强层的导电无纺布片至少层叠2次的层叠体。
张力加强层20可提高无纺布集电体100”所有的拉伸强度。上述拉伸强度包括强化与无纺布集电体100的主面平行的方向的张力。强化与无纺布集电体100的主面平行的方向的张力可包括相对于无纺布集电体100的主面均平行的方向，即，以放射状提高拉伸强度。
在一部分实施例中，可控制与无纺布集电体100”的主面平行的方向的张力强化，以使张力强化仅出现在选自相对于无纺布集电体100”的主面平行的方向中的规定方向上。例如，在用于连续执行浆料浸渍或压接工序之类的电池制备工序的辊移送或使无纺布集电体100发生变形的凝胶卷或层叠之类的封装工序中，上述张力强化的方向可局限于与在这些工序中使用的上述辊的旋转轴或凝胶卷的缠绕轴垂直的方向。由此，在通过上述辊的旋转的退绕或卷绕过程/或形成凝胶卷之类的封装工序中，可抑制无纺布集电体100”的变形，并阻止断裂或降伏。并且，参照图8a至图8d进行说明，也可向与缠绕轴或弯曲轴I平行的方向形成。
在图5所示的实施例中，图示张力加强层20在无纺布集电体100”内维持明确的层结构，但这只便于说明，本发明不局限于此。例如，在实际制备的无纺布集电体100”中，上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B实际被一体化，并在其内部埋入张力加强层20，从而不能用肉眼明确区分张力加强层20。这种特征可在参照图5至图6c进行后述的多个张力加强层20A-20D的实施例中有所不同。
借助张力加强层20，可结合上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B之间。在一实施例中，上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B分别与张力加强层20的上部表面20U和下部表面20D相粘结，从而可结合上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B。在一实施例中，为了这种结合，张力加强层20可包含结合材料或使用单独的结合材料。
在另一实施例中，张力加强层20和多个导电无纺布片10A、10B之间的上述结合由张力加强层20和多个导电无纺布片110A、10B中的一个借助加热、红外线、紫外线、电子束或超声波之类的能量来熔融一部分，从而粘结它们之间来实现，或它们整体部分熔融而粘结它们之间来实现。这种工序未使用结合材料，从而具有减少环境负荷的优点。
在另一实施例中，上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B利用它们的纤维特性，并通过多个张力加强层20可互相混杂而结合。如图1b所示，构成上部导电无纺布片和/或下部导电无纺布片10A、10B的导电纤维通过张力加强层20形成桥接器BR，来使上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B互相以机械方式相结合，从而可实现一体化。在实施例中，借助张力加强层20结合的上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片10B通过桥接器BR互相接触连接，因而也可电连接，从而可由无纺布集电体100提供用于电池的集电体或电子传递的单一导电网状物。桥接器BR在单一的导电无纺布片和张力加强层相结合的情况下，也可通过后述的桥接器形成工序而形成。
桥接器BR可通过基于针刺法、水刺法、针脚式接合法或其他适当的方法的机械粘结来形成。上述针刺法中，反复进行相对导电无纺布片，将附着有钩(hook)的很多针(needles)垂直放入或拔出的动作，从而使上部导电无纺布片和下部导电无纺布片的多个导电纤维10W互相混杂，并适当地设计上述针的形状，从而可制备丝绒(velours)的无纺布。上述水刺法是利用高速喷气(jet)的水代替针，来使上部导电无纺布片和下部导电无纺布片的多个导电纤维10W互相混杂的方法，也可称为水流混杂法。上述针脚式接合法是根据上述无纺布集电体进行缝纫的方法。
根据上述实施例形成的无纺布集电体100由于多个导电纤维10W之间混杂而实现一体化，因而若减少多个导电纤维10W的量，则可制备气孔大且柔韧的产品。根据本发明的实施例，为了增加气孔率，使用少量的多个导电纤维10W，也可通过多个导电图案和张力加强层确保无纺布集电体整体的机械强度，因而容易抑制无纺布集电体的气孔率。
并且，若考虑上述导电无纺布片的多个导电纤维物理接触，且只向平行于无纺布集电体的主面的方向提高拉伸强度，则向垂直于无纺布集电体的上部及下部表面的方向的收缩膨胀或在限制的体积内，容易吸收内部体积变化，从而可灵活地应对充放电时有可能发生的电极的体积变化。由此，可缓解电池充放电时电极裂纹之类的不可逆性，从而可提高电池的寿命。
图6a至图6d为分别图示本发明各种实施例的多个张力加强层20A、20B、20C、20D的立体图。
图6a的多个张力加强层20A可具有由多个纤维20W形成的无纺布结构。张力加强层20A的无纺布结构和导电无纺布片的区别在于，多个纤维20W互相热熔敷或如泡沫结构互相结合而具有张力比导电无纺布片更加得到强化的拉伸应力。
图6b的张力加强层20B具有多个纤维由纬丝20W_1和经丝20W_2织造的织造结构。上述织造结构只是例示的平织，在另一实施例中，可具有斜织或繻子织之类的其他织造结构，或还可具有选择性地可增加规定方向的拉伸强度的适当的结构。
在另一实施例中，张力加强层20C还可具有图6c所示的网结构20M。在另一实施例中，如图6d所示，张力加强层20D可包括具有间隙S，并向规定方向展开的多个纤维20W。多个纤维20W展开的方向(箭头E)可以为垂直于在浆料浸渍或压接工序之类的电池制备工序中所需的辊工序或用于封装的凝胶卷形成工序中使用的辊(图4的RT_1、RT_2)的旋转轴或凝胶卷的中心轴的方向(例如，图8a的箭头B方向)。
在另一实施例中，张力加强层可具有在上述的无纺布结构、织造结构、网结构或向规定方向展开的多个结构中两种以上的结构组合的结构。例如，为了向与电池制备工序中利用的辊的旋转轴垂直的方向增加无纺布集电体的拉伸强度，变形的张力加强层具有图6a所示的无纺布结构，并且，还可具有混合有向垂直于图6d所示的上述辊的旋转轴的方向展开的多个纤维的结构。
上述实施例的多个张力加强层20A-20D全部具有多个气孔S。多个气孔S可通过构成多个张力加强层20A-20D的相邻的多个纤维10W或多个网(图6c的S)来形成。通过多个气孔S连通上部导电无纺布片和下部导电无纺布片之间。由此，用于结合上述的上部导电无纺布片和下部导电无纺布片的，例如，多个导电线10W的混杂可通过多个张力加强层20A-20D的多个气孔S执行。并且，通过多个张力加强层20A-20D的多个气孔S，在无纺布集电体100内部顺利地进行用于电池反应的多个离子传递，并可确保通电。
在一部分实施例中，多个张力加强层20A-20D的多个气孔S的平均大小可比具有无纺布结构的多个导电无纺布片10A、10B的气孔的平均大小相同或更大。为了制备电极，在向整个无纺布集电体100内部浸渍电活性物质粒子的情况下，若多个张力加强层20A-20D的多个气孔S充分大，则通过上部导电无纺布片或下部导电无纺布片的一面装载的电活性物质不受张力加强层的干涉，可均匀地浸渍于整个无纺布集电体内部。
多个张力加强层20A-20D可包括高分子原材料、金属或它们的组合。多个张力加强层20A-20D的材料可包括与上述无纺布集电体相同的材料或不同的材料。例如，上述高分子原材料可包括有利于纤维化的高分子材料。例如，聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PPT)、聚丙烯腈(PAN，polyacrylonitrile)、尼龙、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚偏氟乙烯(PVDF)或它们的共聚物之类的衍生物可使用为张力加强层用高分子材料。这种材料只是用于例示，本发明不局限于此。张力加强层20还可包括高强度、高弹性、磁致伸缩纤维之类的其他适当的具有机械性或耐热性的功能性高分子材料。或者，根据需要，上述粘结剂可以为具有导电性的其他聚合物类材料、石油沥青、煤焦油。本发明不局限于这种例，可使用不溶于电解质，并在电化学反应下具有规定的结合力、稳定性的材料。例如，上述金属可包含铜、铝、不锈钢、镍或它们的合金。
图7图示本发明另一实施例的电极的制备系统FS_2。
参照图7，为了制备电极，分别执行提供上部导电无纺布片的步骤、提供下部导电无纺布片的步骤以及提供张力加强层的步骤。之后，执行借助上述张力加强层来结合上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片的步骤。可连续执行这些步骤。
为了连续的工序，上部导电无纺布片10A_L和下部导电无纺布片10B_L分别由第一退绕装置RT_A及第二退绕装置RT_B形成。并且，张力加强层20_L也可由第三退绕装置20P形成。第一退绕装置RT_A、第二退绕装置RT_B及第三退绕装置20P能够以符合其层叠顺序的方式由相同的顺序配置，以便在上部导电无纺布片10A_L和下部导电无纺布片10B_L之间配置张力加强层20_L。
在一部分实施例中，可形成有多个整列部件，上述多个整列部件用于并排整列，以使从第一退绕装置RT_A、第二退绕装置RT_B及第三退绕装置20P松开的多个导电无纺布片10A_L、10B_L和张力加强层20_L适合层叠，上述整列部件可以为多个辊部件30。在另一实施例中，与多个辊部件30一同，或代替其还可形成有叶片(blade)之类的引导部件。
并排整列的多个导电无纺布片10A_L、10B_L和张力加强层20_L通过结合装置40来相结合。结合装置40根据张力加强层20_L的种类可以为用于熔融粘结的加热器、红外线、紫外线、电子束或超声波之类的能量施加装置。在另一实施例中，结合装置40可以为用于互相混杂上部导电无纺布片10A_L和下部导电无纺布片10B_L的针刺、水刺或针脚式接合装置之类的纤维结合工序装置。
通过结合装置40制备的无纺布集电体100_L具有表面上的导电图案和借助张力加强层来强化的拉伸应力。所制备的无纺布集电体100_L可通过另外的卷绕装置(未图示)来收纳。在一部分实施例中，在卷绕装置中收纳无纺布集电体100_L之前，上述无纺布集电体100_L通过加压辊部件之类的加压装置来压接无纺布集电体100_L或经过热风装置等的干燥装置可进行用于去除水分或杂质的精炼工序。制备的无纺布集电体100_L可经过填充电活性物质的步骤、后处理上述电活性物质的步骤及压接电极的步骤。
在另一实施例中，如图7所示的结合装置40后端的工序，可执行不被上述的卷绕装置收纳，而填充用于连续形成正极或负极的电活性物质的填充工序。如参照图3a所述，上述电活性物质的填充工序可通过以浆料或粉末形态装载(loading)电活性物质的工序来执行。例如，上述电活性物质的装载可由狭缝模50执行。通过狭缝模50，电活性物质通过以浆料或粉末形态露出于无纺布集电体100_L的表面上的气孔浸渍于无纺布集电体100_L的内部。利用狭缝模50来适当地抑制施加的压力，从而可控制浸渍的电活性物质的量和均匀度。在另一实施例中，电活性物质的装载工序还可通过喷射器等的喷雾装置来填充。
对于装载的电活性物质，形成于导电无纺布片的表面上的多个导电图案起到遮蔽作用。在一部分实施例中，为了调节电活性物质的浸渍量，还可形成有可施加规定压力的引导辊60。在另一实施例中，可用叶片直接扫除无纺布集电体的表面，从而还可调节电活性物质的浸渍量。
在另一实施例中，上述电活性物质可涂敷于无纺布集电体100_L的多个导电纤维上而成。为了在多个导电纤维上涂敷电活性物质，为了电镀或无电镀，可形成有电镀槽(plating bath)。无纺布集电体100_L经过上述电镀槽内的电解液或金属离子溶液，并伴随金属离子的还原或析出，从而使上述电活性物质可涂敷于多个导电纤维上。在另一实施例中，上述电活性物质在无纺布集电体100_L的多个导电纤维上，通过溅射法及电子束蒸发法来进行物理气相沉积，或利用适当的气相前体来进行化学气相沉积。为此，还可提供适当的常压或真空腔室。上述的电活性物质的形成系统可互相组合使用。
填充有电活性物质的无纺布电极100_L’可通过热风装置之类的干燥装置或热处理装置70而进行后处理。之后，如箭头表示，通过可施加压力的辊部件80压接后处理的无纺布电极100_L’，从而可控制厚度及基于此的电极密度。
如箭头B表示，制备的无纺布电极EL通过制备系统200可连续输出，并被卷绕装置(未图示)收纳。适当地切割被收纳的无纺布电极EL，从而可利用于电池封装。在一部分实施例中，不单独收纳制备的无纺布电极EL，也可连续经过标签形成工序、分离膜层叠工序、电解质浸渍或用于封装的堆叠或凝胶卷工序等的后端工序。
通过导电图案和/或张力加强层，即使存在利用上述辊部件10P1、20P、10P2、30的连续工序中施加的应力，拉伸伸长率可限制为20％以下，从而实际上进行利用辊的连续移送的工序。并且，不发生断裂等的极端的不良，即使无纺布集电体伸长一定程度，也可防止多个导电纤维之间的电连接及多个导电纤维的表面和电活性物质之间的电连接被劣化。根据本发明的实施例，通过张力加强层，无纺布集电体的拉伸伸长率可控制为20％以下，优选地，拉伸伸长率可控制在0.1％至10％的范围内，因而可在与现有的利用金属箔的集电体的电池制备工序相同的水平上执行工序，并最大限度地享有无纺布集电体的工序上的优点。
图8a至图8d为图示本发明各种实施例的利用无纺布集电体的电池的电极组装体的多个立体图。
参照图8a，电极组装体包括负极及正极中的一个电极100A、另一电极100B以及用于这些电极之间的电分离的分离膜500的电极层叠体300A。例如，电极100A可以为正极，电极100B可以为负极。电极100A、100B中的至少一个电极可以为内部填充有相应电活性物质的无纺布集电体。
如图8a所示，包括上述无纺布集电体的电极层叠体300A可具有以平行于缠绕轴I方向的方向为中心轴而四角缠绕的结构。当四角缠绕时，由于边角区域SA的变形率大，因而在边角区域SA向缠绕轴I方向形成具有多个线条图案的多个导电图案10P，从而相对集中于边角区域SA的应力具有耐力，以防止由过度变形引起的电池的劣化。
参照图8b，包括无纺布集电体的电极层叠体300B可具有圆形缠绕结构。通过形成平行于缠绕轴I方向的导电图案10P，相对于封装时或电池充放电时发生的变形，可强化包括无纺布集电体的电极的机械特性。
如图8c及图8d所示，多个电极层叠体300C、300D可具有折叠或弯曲结构。在借助折叠或弯曲来集中应力的部分形成导电图案10P，以平行于折叠轴或弯曲轴I方向，来相对于封装时或电池充放电时发生的变形，可提高电极的机械特性。
上述多个电极层叠体的缠绕、折叠或弯曲结构只是用于例示，本发明不局限于此。为了将电极层叠体小型化，可利用导电无纺布片所具有的可挠性来以各种方式缠绕、弯曲、层叠，并以相应电极封装方式在发生应力的部分局部形成多个导电图案10P，来可提高机械特性和寿命。
图9为图示本发明一实施例的包括利用无纺布集电体的电极100A、100B的电池1000的分解立体图。
参照图9，电池1000可以为圆筒形电池。电极组装体可具有隔着分离膜500层叠利用无纺布集电体的正极100A及负极100B之后缠绕的凝胶卷结构。但这只是用于例示，只有正极和负极中的一个电极可由无纺布集电体构成。并且，还可制备成其他硬币型电池、角形电池或利用纤维的各种形状的柔性电池。
如上所述，上述无纺布集电体可包含导电无纺布片10A、10B及形成于导电无纺布片10A、10B的主表面的多个导电图案10P。虽然未图示，但如参照图5进行说明，无纺布集电体还可包括张力加强层。电活性物质以粒子形态束缚于导电无纺布片10A、10B内部或涂敷于无纺布集电体的多个导电纤维上。
在多个正极及负极100A、100B的侧部可形成有标签Tb_A或引线Tb_B。为了减少内部电阻，可具有适当的标签Tb_A或引线Tb_B。标签Tb_A或引线Tb_B通过熔敷或焊接与无纺布集电体的多个导电图案电结合。标签Tb_A或引线Tb_B可在外壳800内部分别与电池1000的正极600和负极700内部紧固。
正极100A和负极100B之间的分离膜500(separator)可以为例如，聚合物类微细多孔膜、织布、无纺布、陶瓷、本性固体高分子电解质膜、凝胶固体高分子电解质膜或它们的组合。上述本性固体高分子电解质膜可包括例如，直链聚合物材料或交联聚合物材料。上述凝胶高分子电解质膜可以为例如，包含盐的含有增塑剂的聚合物、含有填充剂的聚合物或纯聚合物中的一种或它们的组合。上述固体电解质层可包含例如，由聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚砜、聚氨酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚氧化乙烯、聚环氧丙烷、聚丁二烯、纤维素、羧甲基纤维素、尼龙、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物、偏二氟乙烯和三氟乙烯的共聚物、偏二氟乙烯和四氟乙烯的共聚物、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚醋酸乙烯酯及聚乙烯醇中的一种或它们的组合组成的高分子基质、添加剂及电解液。有关上述分离膜500例举的多个材料用于例示，作为分离膜500可选择容易进行形状变化，机械强度优秀，从而即使电极100A、100B发生变形，也不被撕开或裂开，具有任意适当的电子绝缘性，并具有优秀的离子导电性的材料。
分离膜500可以为单层膜或多层膜，上述多层膜可以为相同单层膜的层叠体或由其他材料形成的单层膜的层叠体。例如，上述层叠体可具有在聚烯烃(polyolefin)之类的高分子电解质膜的表面包括陶瓷涂敷膜的结构。若考虑耐久性、关闭功能及电池的安全性，分离膜500的厚度可以为10至300，优选为10至40，更优选为10至25。
在外壳800内，包含氢氧化钾(KOH)、溴化钾(KBr)、氯化钾(KCL)、氯化锌(ZnCl2)及硫酸(H2SO4)之类的盐的适当的水类电解液吸收于电极结构100A、100B和/或分离膜500，从而可完成电池1000。在另一实施例中，电池1000可以为包含LiClO4或LiPF6等的锂盐的碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯之类的非水类电解液，本发明不局限于此。并且，虽然未图示，但还可结合用于控制电池1000使用中的稳定性和/或电力供给特性的适当的冷却装置或电池运行系统(battery managing system)。
利用上述的无纺布集电体的电极由于其纤维特性，容易进行形状变化，且电活性物质和导电网状物在电极结构的整个体积内实际均匀混合，因而即使为了调节电池的容量而增加厚度，也不发生如在金属箔上涂敷活性物质层而得到的现有的电池结构中出现的电池性能劣化，从而可选择多种体积。
并且，由于纤维上的电极结构所具有的成形容易性，除了凝胶卷类型之外，还可用弯曲及缠绕等的方法三维排列，可具有并非是上述圆筒形电池的角形、袋形或衣服及包等的纤维产品中一体化的各种体积和形状，以根据多个导电图案具有对变形的强的耐性的方式机械强化，并在基于连续移送的制备工序中可具有优秀的适当性。
并且，应理解上述的多个电极结构可适用于一个电池中的负极和正极电极中的一个或两个。上述的多个无纺布集电体不仅可适用于锂离子电池，还可适用于锂金属电池、锂空气电池或镍氢电池、NaS电池，这些只是用于例示，本发明所属技术领域的普通技术人员可以理解本发明不局限于此。
以上说明的本发明不局限于上述实施例及附图，在不脱离本发明的技术思想的范围内可进行各种取代、变形及变更，这对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说是显而易见的。

Claims (29)

1.一种包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述无纺布集电体包括：
导电无纺布片，包括多个导电纤维的网状物，并包括从上述导电无纺布片的主表面连通上述导电无纺布片的内部的气孔；以及
多个导电图案，以与电极封装结构的缠绕轴、折叠轴或弯曲轴平行的方式从上述导电无纺布片的边缘横穿上述导电无纺布片的主表面，以在封装电池时，在上述导电无纺布片的折叠及缠绕工序中，用机械方式强化上述导电无纺布片以缓解由集中于上述导电无纺布片的特定区域的应力引起的变形或断裂，且部分闭塞上述导电无纺布片的主表面上的气孔，
其中，上述多个导电图案配置于上述电极封装结构的应力集中部分。
2.根据权利要求1所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述多个导电图案与用于形成上述电极的上述无纺布集电体的移送方向平行。
3.根据权利要求1所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述多个导电图案包括以规定间隔隔开的多个线条图案。
4.根据权利要求1所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述多个导电图案向上述导电无纺布片的边缘延伸。
5.根据权利要求1所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述多个导电图案通过上述多个导电纤维的上述主表面进行的部分熔敷来形成。
6.根据权利要求5所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述多个导电图案还包括从上述主表面向上述导电无纺布片的深度方向扩张的熔敷部。
7.根据权利要求1所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述多个导电图案通过形成于上述主表面的导电膜来形成。
8.根据权利要求7所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述导电膜包括金属层或导电性聚合物层。
9.根据权利要求1所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述多个导电图案中的至少一部分与电池标签或引线相结合。
10.根据权利要求1所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述多个导电纤维包含涂敷有多个碳纤维、多个导电性聚合物纤维、金属层或导电性聚合物层的多个聚合物纤维或多个中空金属纤维。
11.根据权利要求1所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，包含涂敷于上述多个导电纤维上的电活性物质、填充于上述导电纤维之间的粒子形态的电活性物质或它们的组合。
12.一种电极的制备方法，其特征在于，包括：
提供权利要求1所述的无纺布集电体的步骤；
使上述无纺布集电体通过装入有包含电活性物质的前体或电活性物质的分散溶剂的浆料的槽的内部，来使上述电活性物质浸渍于上述无纺布集电体的内部的步骤；
使向上述槽的外部露出的无纺布集电体干燥的步骤；以及
对浸渍有上述电活性物质的无纺布集电体加压的步骤。
13.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，使上述电活性物质浸渍于上述无纺布集电体的内部的步骤由上述无纺布集电体通过配置于上述槽的内部且具有间隙的处理辊的上述间隙来执行。
14.根据权利要求13所述的电极的制备方法，其特征在于，上述处理辊的表面形成有包括凹凸的表面图案。
15.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，在使上述分散溶剂干燥的步骤之前，还包括扫除向上述槽的外部露出的上述无纺布集电体的表面上的剩余电活性物质的步骤。
16.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，在使上述分散溶剂干燥的步骤之前，还包括对向上述槽的外部露出的上述无纺布集电体的表面加压，来调节上述电活性物质的浸渍量的步骤。
17.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，还包括将上述无纺布集电体的上述多个导电图案中的至少一部分与电池标签或引线相结合的步骤。
18.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，上述多个导电图案配置于电极封装结构的应力集中部分。
19.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，上述多个导电图案与用于形成上述电极的上述无纺布集电体的移送方向平行。
20.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，上述多个导电图案包括以规定间隔隔开的多个线条图案。
21.根据权利要求20所述的电极的制备方法，其特征在于，上述多个线条图案以与电极封装结构的缠绕轴、折叠轴或弯曲轴平行的方式横穿上述导电无纺布片的主表面。
22.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，上述多个导电图案向上述导电无纺布片的边缘延伸。
23.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，上述多个导电图案通过上述多个导电纤维的上述主表面进行的部分熔敷来形成。
24.根据权利要求23所述的电极的制备方法，其特征在于，上述多个导电图案还包括从上述主表面向上述导电无纺布片的深度方向扩张的熔敷部。
25.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，上述多个导电图案通过形成于上述主表面的导电膜来形成。
26.根据权利要求12所述的电极的制备方法，其特征在于，上述多个导电图案配置于上述电极的应力集中部分。
27.一种二次电池，其包括负极、正极及上述负极和上述正极之间的分离膜，上述二次电池的特征在于，上述负极及上述正极中的至少一个包括权利要求1所述的包括无纺布集电体的电极。
28.根据权利要求1所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述无纺布集电体更包含另一导电无纺布片，以及配置在上述导电无纺布片与上述另一导电无纺布片之间的张力加强层。
29.根据权利要求28所述的包括无纺布集电体的电极，其特征在于，上述导电无纺布片与上述另一导电无纺布片通过分别与张力加强层粘结而彼此结合。
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