CN106785073A - 一种电极组件 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方案提供电极组件，所述电极组件具有以其中将具有堆叠结构的多个单元电池布置在长片型隔膜上的状态卷绕的结构，所述电极组件包含具有两种以上的电极材料构造的单元电池，其中堆叠在具有堆叠结构的单元电池上的隔片具有包覆在其两侧上的包覆材料且长片型隔膜具有包覆在其一侧上的包覆材料。其在电池的制备期间降低初始电阻的同时提高电池制备的加工性并具有与常规电池相当的电池寿命的电极组件，以及包含所述电极组件的锂二次电池。

Description

一种电极组件
技术领域
本发明涉及一种电极组件的锂二次电池。
背景技术
现在随着各种移动电源装置的技术开发和需求的增加，对二次电池的需求也急剧增加。在二次电池中，已经将具有高能量密度和运行电压以及优异的保存和寿命特征的锂二次电池广泛用作各种电子产品以及各种移动装置的能源。
锂二次电池使用金属氧化物如LiCoO作为正极活性材料并使用碳材料作为负极活性材料，将多孔聚合物隔片布置在负极与正极之间，且含有锂盐如LiPh的非水电解液用作其中锂离子在负极与正极之间移动的介质。所述锂二次电池必须在电池的运行电压范围内基本稳定，必须具有高充放电效率，并必须具有在足够高的速率下迁移离子的能力。
将具有3.6V以上运行电压的锂二次电池用作便携式电子装置的电源或将多个锂二次电池串联连接以用于高功率混合动力车辆中。由于锂二次电池的运行电压是镍-镉电池或镍-金属氢化物电池的运行电压的三倍且每单位重量的能量密度特性也是优异的，所以锂二次电池具有被广泛应用的趋势。在锂二次电池中，可以对聚合物隔片进行包覆以在保持单电池的安全性、高温存储性能和高温循环性能的同时提高对电极的粘合。然而，这会造成电池初始电阻的提高。
发明内容
本发明提供一种在电池的制备期间降低初始电阻的同时提高电池制备的加工性并具有与常规电池相当的电池寿命的电极组件，以及包含所述电极组件的锂二次电池。
本发明的实施方案提供电极组件，所述电极组件具有以其中将具有堆叠结构的多个单元电池布置在长片型隔膜上的状态卷绕的结构，所述电极组件包含具有两种以上的电极材料构造的单元电池，其中堆叠在具有堆叠结构的单元电池上的隔片具有包覆在其两侧上的包覆材料且长片型隔膜具有包覆在其一侧上的包覆材料。
附图说明
包括附图以提供本发明的进一步理解，将所述附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图显示了本发明的例示性实施方案，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在所述附图中：
图1显示了本发明的电极组件。
具体实施方式
下面参考附图对本发明的优选实施方案进行更详细的说明。然而，本发明可以以不同形式实施且不应被理解为限制于本文中所述的实施方案。而是，提供这些实施方案以使得本公开内容详尽和完全，并将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
本发明涉及电极组件10和包含所述电极组件10的锂二次电池，所述电极组件10具有以其中将具有堆叠结构的多个单元电池布置在长片型隔膜40上的状态卷绕的结构，所述电极组件包含具有两种以上的电极材料构造的单元电池，其中堆叠在具有堆叠结构的单元电池上的隔片30具有包覆在其两侧上的包覆材料且长片型隔膜40具有包覆在其一侧(具体地，具有布置在其上的多个单元电池的侧)上的包覆材料。
下文中，将对本发明进行更详细的说明。
本发明涉及电极组件10和包含所述电极组件10的锂二次电池，所述电极组件10具有以其中将尺寸分别与单电池的尺寸相对应的多个单元电极即正极和负极交替堆叠并将具有堆叠结构的多个单元电池布置在长片型隔膜40上的状态卷绕的结构。
通过使用两侧都被包覆的隔片30来对本发明电极组件10中的各个单元电池进行包覆。其原因是，可以促进将电极粘合到隔片30上并可以在保持安全性的同时将性能保持原样。用于包覆两侧的包覆材料的厚度可以在约0.001um～约100um的范围内。当包覆厚度在上述范围内时，可防止电池厚度的增加并可以使电池性能的下降最小化。
本发明的电极组件10具有堆叠/折叠型结构，其中双电池(bi-cell)和/或全电池(fullcell)(例如双电池)在堆叠方法中由少量单元电池形成并多个布置在长片型隔膜40上，随后顺序卷绕以总体形成为板型结构。
所述双电池是具有布置在单电池两侧上的相同电极的单元电池，例如正极/隔片/负极/隔片/正极的单元结构和负极/隔片/正极/隔片/负极的单元结构。为了通过使用上述双电池形成包括二次电池的电化学单电池，必须堆叠多个双电池，从而使得具有正极/隔片/负极/隔片/正极的结构的双电池和具有负极/隔片/正极/隔片/负极结构的双电池以其间布置有隔膜40的状态相互面对。此外，正极端子11和负极端子12突出至各个单元电池的外部。
在本发明的电极组件10中，根据包覆在集电体上的电极材料的类型和厚度，可确定电极材料的构造。电极材料的具体构造不限于电极组件10的典型构造。
例如，在具有不同构造的电极材料是优选实例中的正极材料的情况中，为了制备本发明的电极组件10，可以对由第一单元电池21和第二单元电池22形成的电极组件10进行构造。
通常，二次电池的容量、寿命特性以及高倍率充放电特性可取决于正极活性材料或负极活性材料的类型和厚度。
因此，在具有不同构造的电极材料是优选实例中的正极材料的情况中，第一单元电池21可包含选自锂钴氧化物、锂锰氧化物和锂镍氧化物中的一种或多种物质，且第二单元电池22可包含选自锂锰钴氧化物、锂锰镍氧化物、锂镍钴氧化物和锂锰镍钴氧化物中的一种或多种物质。
通过使用两侧都被包覆的隔片30来对本发明的电极组件10中的各个单元电池进行包覆。其原因是，可以促进将电极粘合到隔片30上且可以在保持安全性的同时将性能保持原样。用于包覆两侧的包覆材料的厚度可以在约0.001～约100的范围内。当包覆厚度在上述范围内时，可在防止电池厚度增大的同时，使电池性能的下降最小化。
用于包覆两侧的包覆材料可以是选自钛锆酸铅(PZT；Pb(Zr,Ti)O^、锆钛酸铅镧(PLZT；Pb1-xLaxZr1-yTiyO3)、Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(P]MN-PT)、BaTiO3、氧化铪(HfO2)、SrTiO3、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、MgO、CaO、ZnO和Y2O3中的一种或多种物质。
可将双电池用作具有堆叠结构的单元电池。其原因是，具有更高容量的单元电池的巨大优势是可以在保持双电池的电池形状的同时使用所述双电池，且 还可以降低在电池的制备过程期间的物理尺寸偏差。
以其中将具有堆叠结构的多个单元电池布置在长片型隔膜40上的状态对本发明的电极组件10进行卷绕，且此时，长片型隔膜40的长度不限于在单电池的卷绕期间可使用的长度。
将包覆在一侧上的隔膜40用作本发明的电极组件10的折叠期间的长片型隔膜。使用具有包覆在其一侧上的包覆材料的片型隔膜40，由此可实现成本的下降。此外，由于作为绝缘体的包覆材料的含量可以尽可能地下降，所以可以进一步提高电池的电导率和电性能，且可以包含多个电极组件10，由此，可以使容量最大化并可以防止由电池的隔片40造成的输出的下降。用于包覆一侧的包覆材料的厚度可以在约0.001ym～约100ym的范围内。当包覆厚度在上述范围内时，可在防止电池厚度增加的同时将电池性能保持原样。
具体地，用于包覆一侧的包覆材料可以是选自钛锆酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(P]MN-PT)、BaTiO3、氧化铪(HfO2)、SrTiO3、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、MgO、CaO、ZnO和Y2O3中的一种或多种物质。
在长片型隔膜40中，包覆有包覆材料的一侧是具有布置在其上的多个单元电池的侧。其原因是，可以促进将电极粘合到隔片上并可在保持安全性的同时将性能保持原样。
本发明的电极组件10可用于锂二次电池，且当电连接并包含两种以上的锂二次电池时，可将其用于电池模块或电池组以用于中型和大型装置的电源。具体地，中型和大型装置的实例可以是电动工具；包括电动汽车、混合电动车辆(ffiV)和插电式混合电动车辆(PffiV)的电动车辆(EV)；包括电动自行车和电动踏板车的电动双轮车辆；电动高尔夫球车；电动卡车；以及电动商用车辆(electriccommercialvehicle)或电力存储系统。
在本发明中，可根据本领域中已知的典型方法制备电极组件10和由所述电极组件10形成的锂二次电池。
下文中，将根据具体实施例对本发明进行详细说明，但提供如下实施例仅用于例示本发明。对本领域的技术人员显而易见的是，在不背离本发明的主旨或范围的条件下，能够在本发明中完成各种变体和变化。由此意图是，本发明包 括本发明的变体和变化，只要它们在附属权利要求书及其等价物的范围内即可。
实施例1
(制备正极)
通过将锂钴氧化物、炭黑和聚偏二氟乙烯(PVDF)分散在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中来制备浆料并然后利用所述浆料对铝箔的两侧进行包覆。对经包覆的铝箔进行充分干燥并然后通过对经包覆的铝箔进行压制而制备正极。
(制备负极)
通过将石墨、乙炔黑和PVDF分散在NMP中来制备浆料并然后利用所述浆料对铜箔的两侧进行包覆。对经包覆的铜箔进行充分干燥并然后通过对经包覆的铜箔进行压制而制备负极。
(隔片和隔膜)
在约30um的厚度下利用PZT对隔片的两侧进行包覆以制备双电池，其后，通过在13个双电池的卷绕期间在约30um的厚度下使用包覆在一侧上的隔膜(使用PLZT)，制备了电极组件。
实验例2
1)初始电阻：通过在恒定电流(50A)下对半充电电池(SOC50)进行放电时的压降，计算了初始电阻，并且与通过使用典型方法制备的单电池相比，电阻下降了约3％。
2)电池寿命：当将电池寿命定义为其中在恒定高温下存储期间电阻提高30％的时间时，电池寿命与通过使用典型方法制备的单电池的寿命相当。
如上所述，可确认，本发明的电极组件提高了电池制备的加工性，同时降低了初始电阻并具有优异的电池寿命。

Claims (5)

1.一种电极组件，包括长条形隔膜、电池正极单元、电池负极单元，其特征在于所述电池正极单元和电池负极单元分别间隔设置在长条形隔膜的两侧，采用反复折叠的方式进行堆叠，所述电池正极单元设置有正极耳和电池负极单元设置有负极耳，正、负极耳朝长条形隔膜横向方向同向错位设置。
2.如权利要求1所述的电极组件，其中所述长片型隔膜的厚度在约0.001ym〜约100um的范围内。
3.如权利要求1所述的电极组件，其中所述长条形隔膜是选自钛锆酸铅（PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)、Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(P]MN-PT)、BaTi03、氧化铪(HfO2)、SrTiO3、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、MgO、CaO、ZnO和Y2O3中的一种或多种物质。
4.—种用于中型和大型装置的电源的电池模块或电池组，所述电池模块或电池组包含至少两个电连接的锂二次电池。
5.权利要求4的用于中型和大型装置的电源的电池模块或电池组，其中所述中型和大型装置是：电动工具；包括电动汽车、混合电动车辆（ffiV)和插电式混合电动车辆（PffiV)的电动车辆（EV);包括电动自行车和电动踏板车的电动双轮车辆；电动高尔夫球车；电动卡车；电动商用车辆；或电力存储系统。
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