CN107925114A - 包括具有不同粘结强度的粘合剂涂层部分的隔板和包括该隔板的电极组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包卷型电极组件，包括：片状正极；片状负极；和插置在所述正极和所述负极之间的隔板，所述隔板包括形成于片状多孔基板的第一表面上的第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部、以及形成于与所述第一表面相对的第二表面上的第三粘合剂涂层部，其中所述第一粘合剂涂层部和所述第二粘合剂涂层部具有彼此不同的粘结强度。

Description

包括具有不同粘结强度的粘合剂涂层部分的隔板和包括该隔 板的电极组件
技术领域
本申请要求于2015年9月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0124059号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容作为整体结合在此。
本发明涉及包括一种具有不同粘结强度的粘合剂涂层部分的隔板以及一种包括该隔板的电极组件。
背景技术
由于化石燃料的使用迅速增加，对替代能源和清洁能源的使用需求日益增加，为了满足这一需求，正在最为积极地研究应用电化学的发电和电能存储的领域。
二次电池是利用这种电化学能的电化学装置的常见例子，其应用趋于逐渐扩大。
根据电池壳体的形状，二次电池被划分为圆柱型电池和棱柱形电池、以及袋型电池，且在圆柱型电池和棱柱形电池中，电极组件嵌入圆柱型或矩形金属罐内，在袋型电池中，电极组件嵌入由铝层压片构成的袋型壳体内。
嵌入电池壳体中的电极组件为可充电和放电的发电元件，其由正极/隔板/负极的层压结构形成。所述电极组件被划分为包卷型和堆叠型，且在包卷型中，涂覆有活性材料的长片型正极和长片型负极与插置在正极和负极之间的隔板一起缠绕，在堆叠型中，具有预定尺寸的多个正极和负极与插入的隔板交替地堆叠。
已开发了先进的电极组件结构，将包卷型和堆叠型结合为堆叠/折叠型电极组件，所述堆叠/折叠型电极组件是通过将长且连续的隔膜与预定单元尺寸的具有正极/隔板/负极结构的全电池(full cell)或预定单元尺寸的具有正极(或负极)/隔板/负极(或正极)/隔板/正极(或负极)结构的双电池(bicell)一起折叠而形成的。
此外，为了提高传统的堆叠型电极组件的工艺性能并且为了满足各种类型的二次电池的需求，已开发了叠层(lamination)/堆叠型电极组件，其具有通过将其中电极与隔板交替地堆叠的单元电池堆叠为叠层而形成的结构。
另一方面，二次电池在充放电过程中反复地收缩和膨胀，这会在电极和隔板之间产生空隙。随着空隙被引入电极和隔板之间，锂离子需要移动得更远，增加了内阻，并且使二次电池的整体性能劣化。因此，已尝试使用提供有具有高粘结强度的粘合剂涂层的隔板，以防止在电极和隔板之间产生空隙。
这种方法可以增加二次电池的电极和隔板之间的粘结，以改善二次电池的预期寿命和高速充电/放电特性。然而，当应用于在制造工艺中需要隔板的缠绕的电极组件时，传统的方法导致在随后的分离中电极组件的一端粘在缠绕的芯上，这被称为“尾端脱开状况”，导致电极组件有缺陷的外观的情形增加。
因此，迫切需要能够提高电极组件的生产率同时改善二次电池的预期寿命和高速充电/放电特性的技术。
发明内容
技术问题
本发明在一些实施方式中致力于解决现有技术的上述缺陷和本领域中长期未解决的技术问题。
本申请的发明人已针对电极组件进行了深入研究和各种试验，并且已经发现，如后面描述的，将由具有不同粘结强度的第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部的片状多孔基板形成的隔板结合能够提高二次电池的生产率同时改善其预期寿命和高速充电/放电特性。本公开内容的说明性实施方式是基于这些发现。
技术方案
根据本发明的实施方式，提供一种包卷(jelly-roll)型电极组件，包括呈片状形式的正极、呈片状形式的负极、以及插置在正极和负极之间的隔板，所述隔板包括形成于片状多孔基板的第一表面上的第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部、以及形成于与第一表面相对的第二表面上的第三粘合剂涂层部，其中第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部具有彼此不同的粘结强度。
包卷型电极组件在制造工艺期间缠绕为缠绕芯与隔板的一部分接触。此时，在缠绕为缠绕芯与具有相对较低粘结强度的粘合剂涂层部接触的情况下，能够避免尾端脱开状况，从而减少有缺陷的外观，并且最终提高生产率。
通过增加隔板除与缠绕芯接触的部分之外的部分处与电极的粘结力可以提高二次电池的寿命和高速充电/放电特性。因此，可将具有相对较高粘结强度的粘合剂涂层部配置成面向电极。
在一个具体的实施例中，相较于正极和负极的面积，隔板的面积可相对较大。
详细地，相较于正极和负极的面积，隔板的面积可等于或大于第二粘合剂涂层部的面积。
此外，第一粘合剂涂层部可以粘附到与负极相对的表面之上的状态缠绕，第二粘合剂涂层部可被隔板本身缠绕同时形成电极组件的缠绕末梢。
第三粘合剂涂层部可具有如下结构：其以粘附到与正极相对的表面之上的状态缠绕。
也就是说，第一粘合剂涂层部和第三粘合剂涂层部被定位成面向电极，而不面向电极的第二粘合剂涂层部被定位成面向缠绕工艺中的缠绕芯。在缠绕工艺中，不面向电极的第二粘合剂涂层部仅被隔板本身缠绕并且形成优选缠绕在第一粘合剂涂层部和第三粘合剂涂层部上的缠绕末梢端。由于包括这样的缠绕末梢的结构，可进一步提高缠绕稳定性。
在一个具体的实施例中，电极组件可具有如下结构：其缠绕成使得基于隔板，负极位于隔板的内表面侧上。
通过这种结构，对外部冲击具有相对较高稳定性的正极可位于电极组件的外表面上，从而提高二次电池的稳定性。
此外，相较于第二粘合剂涂层部，第一粘合剂涂层部可具有相对较高的粘结强度。
第一粘合剂涂层部包括第一压敏粘合剂，第二粘合剂涂层部包括第二压敏粘合剂，第一压敏粘合剂与第二压敏粘合剂可彼此不同。
在一个具体的实施例中，第一压敏粘合剂可以是丙烯酸酯基压敏粘合剂，第二压敏粘合剂可以是氟基压敏粘合剂。
丙烯酸酯基压敏粘合剂通常具有比氟基压敏粘合剂高的粘结强度，因此籍由这些压敏粘合剂的类型差异可导致第一粘合剂涂层部与第二粘合剂涂层部之间的粘结强度的差异。
例如，丙烯酸酯基压敏粘合剂可以是基于一单体混合物的聚合物，基于所述单体混合物的总重量，所述的单体混合物包含：i)50重量％至90重量％具有1至14个碳原子的烷基的(甲基)丙烯酸酯单体、ii)1重量％至40重量％选自由烯丙基酯、乙烯基酯、不饱和乙酸酯以及不饱和腈构成的组的一个或多个单体、和iii)0.5重量％至20重量％选自由不饱和羧酸构成的组的一个或多个单体。
在一个具体的实施例中，i)的单体可以是选自由甲基(甲基)丙烯酸酯、乙基(甲基)丙烯酸酯、丙基(甲基)丙烯酸酯、异丙基(甲基)丙烯酸酯、丁基(甲基)丙烯酸酯、异丁基丙烯酸酯、叔丁基甲基丙烯酸酯、戊基甲基丙烯酸酯、己基甲基丙烯酸酯、庚基丙烯酸酯、异辛基丙烯酸酯、辛基甲基丙烯酸酯、2-乙基己基(甲基)丙烯酸酯、异癸基丙烯酸酯、癸基甲基丙烯酸酯、十二烷基甲基丙烯酸酯、异冰片基甲基丙烯酸酯和月桂基(甲基)丙烯酸酯构成的组的至少一种，更具体地，基于单体混合物的总重量，i)的单体的含量可为50重量％至90重量％。
当基于单体混合物的总重量，i)的单体的含量小于重量50％时，无法确保丙烯酸酯基压敏粘合剂的初始粘结强度。当含量超过90重量％时，在使用后的去除期间，很大程度上会发生压敏粘合剂转移到被粘物，这不是优选的。
此外，i)的烷基的碳原子数量具体可在1至14的范围内，更具体地，在2至14的范围内。当碳原子数小于1时，压敏粘合剂的粘合力下降，当碳原子数超过14时，丙烯酸酯基压敏粘合剂变得如此柔性，导致粘结特性下降，这不是优选的。
在一个具体的实施例中，上述ii)的单体可以是选自由乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、乙烯基吡咯烷酮、丙烯腈和甲基丙烯腈构成的组的一种或更多种，且具体地为乙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯或丙烯腈。
基于单体混合物的总重量，ii)的单体的含量可为1重量％至40重量％，更具体地为7重量％至25重量％。当ii)的单体的含量小于1重量％时，丙烯酸酯基压敏粘合剂太软而无法确保足够的粘结特性。当含量超过40重量％时，丙烯酸酯基压敏粘合剂变得过于结实，因而粘结强度显著下降，这不是优选的。
在一个具体的实施例中，iii)的单体可以是选自由丙烯酸、衣康酸、马来酸酐、富马酸、巴豆酸、甲基丙烯酸和乙基甲基丙烯酸构成的组的至少一种。
基于所述混合物的总重量，iii)的单体的含量可为0.5重量％至20重量％。当iii)的单体的含量小于0.5重量％时，丙烯酸酯基压敏粘合剂太柔软而无法确保足够的粘结特性。当含量超过20重量％时，丙烯酸酯基压敏粘合剂变得过于结实，因而粘结强度显著下降，这不是优选的。
单体混合物可根据需要进一步包含其他单体和交联剂。在一个具体的实施例中，单体混合物进一步包括交联剂。基于单体混合物的总重量，交联剂的含量为0.1重量％至3重量％。当交联剂的量在该范围内时，丙烯酸酯基压敏粘合剂具有足够的粘合力。
添加交联剂以增强丙烯酸酯基压敏粘合剂的粘合力。在一个具体的实施例中，交联剂可以是含有5至15个烯化氧基团且具有丙烯酸酯基团或乙烯基的化合物。具体地，交联剂可以是含有6至12个烯化氧基团且具有丙烯酸酯基团或乙烯基的化合物。在上述范围内，交联剂提供优异的室温老化粘性和稳定性。
作为参考，烯化氧基团的数量是指所使用的交联剂中包含的烯化氧基团的平均数量，当交联剂包含少于5个烯化氧基团时，所产生的压敏粘合剂变得比所需的更结实，因而初始粘结强度下降。当交联剂包含多于15个烯化氧基团时，所产生的压敏粘合剂变得比所需的更柔软，因而粘结特性下降，这不是优选的。
在一个具体的实施例中，所述交联剂可以是选自由诸如聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化的三甲基丙烷三丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、1,3-丁二醇双丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、3-三甲氧基甲硅烷基丙基甲基丙烯酸酯、乙烯基三甲氧基硅烷和二乙烯基苯之类的有机交联剂和诸如乙酰丙酮铝、醋酸锌、碳酸锆和类似的无机交联剂构成的组中的至少一种，且具体地可以是选自由聚乙二醇二丙烯酸酯和聚丙二醇二丙烯酸酯构成的组的至少一种。
在一个具体的实施例中，单体混合物可进一步包括含环氧基的不饱和单体，所述含环氧基的不饱和单体具体地包括缩水甘油(甲基)丙烯酸酯、α-甲基缩水甘油(甲基)丙烯酸酯、烯丙基缩水甘油醚、氧代环己基(甲基)丙烯酸酯、3,4-环氧环己基甲基(甲基)丙烯酸酯。更具体地，所述含环氧基的不饱和单体可以是缩水甘油(甲基)丙烯酸酯或烯丙基缩水甘油醚。
基于单体混合物的总重量，含环氧基的不饱和单体的含量可以是0.1重量％至3重量％，在上述范围内，压敏粘合剂组合物提供足够的粘合力。
此外，氟基压敏粘合剂例如可以是聚偏二氟乙烯(PVdF)。
在一个具体的实施例中，第三粘合剂涂层部可包括第三压敏粘合剂，且所述第三压敏粘合剂可以是丙烯酸酯基压敏粘合剂。由于第三粘合剂涂层部面向电极且需要高粘结强度，因此使用具有高粘结强度的丙烯酸酯基压敏粘合剂是有利的。
更具体地，第三压敏粘合剂可与所述第一压敏粘合剂相同，且当使用相同种类的压敏粘合剂时，优点在于可减少所使用的压敏粘合剂的数量，从而能够简化工艺，降低原材料的成本。
此外，第一粘合剂涂层部、第二粘合剂涂层部和第三粘合剂涂层部可包括无机颗粒和压敏粘合剂，以提高隔板的热稳定性。
在一个具体的实施例中，第一粘合剂涂层部、第二粘合剂涂层部和第三粘合剂涂层部基于各个部的总重量可包括10重量％至90重量％、具体为20重量％至80重量％的无机颗粒。当无机颗粒的含量少于10重量％时，很难提高隔板的热稳定性，且由于在无机颗粒之间形成的空隙减少导致孔径和孔隙率可能下降，从而使最终电池的性能劣化。当无机颗粒的含量大于90重量％时，粘合剂涂层部的粘结强度可能下降，寿命特性和高速充电/放电特性可能劣化，并且原材料成本可能增加。
粘合剂涂层部的粘结强度可通过调整无机颗粒和压敏粘合剂的含量进行调整，在一个具体的实施例中，相较于第一粘合剂涂层部，第二粘合剂涂层部中无机颗粒的含量可相对较高。
在一个具体的实施例中，无机颗粒可以是选自由具有压电性(piezoelectricity)的无机颗粒和具有锂离子传输能力的无机颗粒构成的组中的至少一种。
具有压电性(piezoelectricity)的无机颗粒是指在常压下的非导电材料，但是当施加预定压力时因内部结构的改变而具有导电性的材料。这些颗粒展现出包括100以上的介电常数的高介电特性。当具有压电性的无机颗粒通过施加预定压力而被拉伸或压缩时，它们产生电荷，其一侧带正电且另一侧带负电，从而在两侧之间产生电位差。
在使用具有上述特性的无机颗粒的情形中，当因诸如针状导体之类的外部冲击导致在两个电极发生内部短路时，不仅正极和负极因无机颗粒而彼此直接接触，而且由于无机颗粒的压电性在颗粒中产生电位差。结果，电子在两个电极之间移动，即，细小的电流流动，从而电池电压可得以下降并且安全性可得以提高。
具有压电性的无机颗粒的实例包括选自由BaTiO3、PZT(Pb(Zr,Ti)O3)、PLZT(Pb1- xLaxZr1-yTiyO3,0<x<1,0<y<1)、PMN-PT(PB(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3)、氧化铪(HfO2)构成的组的至少一种，但并不限于此。
具有锂离子传输能力的无机颗粒是指包含锂元素、但具有迁移锂离子而不保留锂的功能的无机颗粒。由于具有锂离子传输能力的无机颗粒通过颗粒结构内部存在的一种缺陷(defect)使得锂离子传输和移动，因而提高了电池中的锂离子传导性，由此可以改善电池性能。
具有锂离子传输能力的无机颗粒的实例可包括选自由磷酸锂(Li3PO4)、磷酸钛锂(LixTiy(PO4)3,0<x<2,0<y<3)、磷酸铝锂钛(LixAlyTiz(PO4)3,0<x<2,0<y<1,0<z<3)、(LiAlTiP)xOy系列玻璃(0<x<4,0<y<13)、钛酸镧锂(LixLayTiO3,0<x<2,0<y<3)、锗锂硫代磷酸酯(LixGeyPzSw,0<x<4,0<y<1,0<z<1,0<w<5)、氮化锂(LixNy,0<x<4,0<y<2)、SiS2(LixSiySz,0<x<3,0<y<2,0<z<4)系列玻璃和P2S5(LixPySz,0<x<3,0<y<3,0<z<7)系列玻璃构成的组的至少一种，但并不限于此。
除了无机颗粒和压敏粘合剂之外，粘合剂涂层部可进一步包括本领域公知的其他添加剂。
在一个实例中，粘合剂涂层部可进一步包括增稠剂。增稠剂没有特别限制，只要其是能够增加粘度而不会引起化学变化的物质即可。例如，可使用丙烯酸聚合物和纤维素基聚合物。所述丙烯酸聚合物可包括聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)或聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)，所述纤维素基聚合物可包括羟乙基纤维素(hydroxyethylcellulose,HEC)、羟丙基纤维素(hydroxy propyl cellulose,HPC)、乙基羟乙基纤维素(ethylhydroxyethyl cellulose,EHEC)、甲基纤维素(methyl cellulose,MC)、羧甲基纤维素(carboxymethylcellulose,CMC)和羟烷基甲基纤维素(hydroxyalkyl methylcellulose)。
在一个具体的实施例中，粘合剂涂层部的厚度可以是2μm至20μm，具体是4μm至10μm。当厚度小于2μm时，提高电极组件的稳定性的效果不足。当厚度大于20μm时，可降低电极组件的能量密度，并且可产生粘合剂涂层部容易脱离隔离膜的问题。
此外，多孔基板可以是本领域通用的聚烯烃基膜，例如，可以是由选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethyleneterephthalate)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(polybutyleneterephthalate)、聚酯(polyester)、聚缩醛(polyacetal)、聚酰胺(polyamide)、聚碳酸酯(polycarbonate)、聚酰亚胺(polyimide)、聚醚醚酮(polyetheretherketone)、聚醚砜(polyethersulfone)、聚苯醚(polyphenyleneoxide)、聚苯硫醚(polyphenylenesulfidro)、聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthalene)及其混合物构成的组中的至少一种制成的片。
多孔基板的孔径和孔隙率没有特别限制，但孔隙率可在10％至95％的范围内，孔径(直径)可在0.1μm至50μm的范围内。当孔径小于0.1μm且孔隙率小于10％时，其充当电阻层。当孔径大于50μm且孔隙率大于95％时，其变得难以维持机械特性。
本发明还提供一种用于包卷(jelly-roll)型电极组件的隔板，包括：片状多孔基板、形成于所述片状多孔基板的第一表面上的第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部、以及形成于与第一表面相对的第二表面上的第三粘合剂涂层部，其中第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部具有彼此不同的粘结强度。
本发明涉及一种制备包卷(jelly-roll)型电极组件的方法，包括：
步骤(a)：制备隔板，所述隔板包括形成于片状多孔基板的第一表面上的第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部、以及形成于与第一表面相对的第二表面上的第三粘合剂涂层部，其中第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部具有彼此不同的粘结强度；
步骤(b)：通过缠绕工艺，堆叠正极、隔板和负极，使得第一粘合剂涂层部被定位成面向负极，且第三粘合剂涂层部被定位成面向正极；
步骤(c)：缠绕第二粘合剂涂层部，使缠绕芯与第二粘合剂涂层部接触；和
步骤(d)：从所述缠绕芯分离包卷型电极组件。
本发明进一步提供一种二次电池，其中电极组件与电解质溶液一起嵌入电池壳体中。
下文中，将描述二次电池的其他部件。
电极统称为负极和正极。例如，通过将用正极活性材料、导电材料和粘合剂混合的正极混合物涂覆在正极集电器上可制备正极。如果需要的话，可将填料添加至所述正极混合物。
正极集电器一般被制造成具有3μm至201μm的厚度，且正极集电器没有特别限制，只要其具有高导电性同时不会在电池中引起化学变化即可。例如，可使用通过经碳、镍、钛或银表面处理至不锈钢、铝、镍、钛的表面上获得的材料、和铝或不锈钢中的一种。具体地，可使用铝，且集电器可在其表面上形成细微的不规则结构，以提高正极活性材料的粘附力，并且可采用诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫、无纺布和类似的各种形式。
正极活性材料例如可包括：诸如锂钴氧化物(LiCoO2)或锂镍氧化物(LiNiO2)的层状化合物或由一种或多种过渡金属取代的化合物；诸如化学式为Li1+xMn2-xO4(其中x为0至0.33)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2的锂锰氧化物；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，诸如LiV3O8、LiV3O4、V2O5、Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且x＝0.01至0.3)表示的Ni-位型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，x＝0.01至0.1)或Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；LiMn2O4，其中化学式中Li部分地被碱土金属离子取代；二硫化合物；Fe2(MoO4)3和类似物，但并不限于此。
以包含正极活性材料在内的正极材料混合物的总重量计，导电材料一般添加的量为1重量％至30重量％。导电材料没有特别限制，只要其具有导电性同时不会在电池中引起化学变化即可，导电材料的实例包括石墨，诸如天然石墨和人工石墨；炭黑，诸如炭黑、乙炔黑、ketjen黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、和夏黑；导电纤维，诸如碳纤维和金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳、铝和镍粉；导电晶须，诸如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，诸如钛氧化物；诸如聚苯撑衍生物之类的导电材料；和类似物。
正极中所包含的粘合剂是有助于活性材料和导电材料的结合以及结合至集电器的成分。以包含正极活性材料在内的混合物的总重量计，粘合剂一般添加的量为1重量％至30重量％。粘合剂的实例包括但不限于聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、各种共聚物、和类似物。
填料被可选地用作抑制正极膨胀的成分，且填料没有特别限制，只要其是纤维材料同时不会在电池中引起任何化学变化即可。填料的实例包括：烯烃基聚合物，诸如聚乙烯和聚丙烯；纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
此外，通过将包含负极活性材料、导电材料和粘合剂在内的负极混合物涂覆在负极集电器上可制备负极，在负极中可进一步可选地包括填料或类似物。
负极集电器没有特别限制，只要其具有导电性同时不会在电池中引起化学变化即可。例如，其可由铜、不锈钢、铝、镍、钛、焙烧碳、经碳、镍、钛、银或类似物表面处理过的铜或不锈钢、铝镉合金或类似物形成。
此外，类似于正极集电器，负极集电器可在其表面上形成细微的不均匀结构，以提高负极活性材料的粘附力，并且可采用诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫和无纺布之类的各种形式。
在本发明中，负极集电器的厚度同样可在3μm至201μm的范围内，但它们可根据情况而具有不同的值。
负极活性材料的实例包括：碳，诸如非石墨化碳和石墨系碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe’yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me’：Al、B、P、Si、元素周期表第1、2和3族元素、卤素；0≤x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅系合金；锡系合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、和Bi2O5；导电聚合物，诸如聚乙炔；Li-Co-Ni系材料；和类似物。
电解质溶液可以是含锂盐的非水电解质，所述含锂盐的非水电解质由非水电解质和锂组成。非水电解质包括非水有机溶剂、有机固体电解质、无机固体电解质和类似物，但本发明并不限于此。
非水有机溶剂的实例可包括：非质子有机溶剂，诸如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、焦磷酸甲酯、丙酸乙酯和类似物。
有机固体电解质的实例包括：聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、多聚赖氨酸(agitation lysine)、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、含有离子解离基团的聚合物和类似物。
无机固体电解质的实例包括：锂的氮化物、卤化物、硫酸盐或类似物，诸如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH、Li3PO4-Li2S-SiS2或类似物。
锂盐是易溶于非水电解质的材料，并且其实例包括：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂、酰亚胺和类似物。
此外，为了提高充电/放电特性和阻燃性，例如，可在非水电解质中添加吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、n-乙二醇二甲醚、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的恶唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝或类似物。在一些情况下，为了赋予不燃性，电解质可进一步包括含卤溶剂，诸如四氯化碳和三氟乙烯。此外，为了改善高温存储特性，电解质可进一步包括二氧化碳气体、氟代碳酸乙烯酯(FEC，Fluoro-Ethylene Carbonatc)、丙烯基磺酸内酯(PRS，Propenesultone)或类似物。
在一个具体的实施例中，可将诸如LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiN(SO2CF3)2或类似物的锂盐添加至作为高介电溶剂的EC或PC的环状碳酸酯和作为低粘度溶剂的DEC、DMC或EMC的线性碳酸酯的混合溶剂中，从而制备含锂盐的非水电解质。
此外，本发明提供一种包括所述二次电池作为单元电池的电池组、和一种包括所述电池组作为电源的装置。
所述装置例如可以是笔记本电脑、上网本、平板电脑、移动电话、MP3、可佩戴式电子装置、动力工具(power tool)、电动汽车(EV)、混合电动汽车(HEV)、插电式混合电动汽车(PHEV)、电动自行车(E-bike)、电动摩托车(E-scooter)、电动高尔夫球车(electric golfcart)或电力储存系统，但本发明并不限于此。
由于这种装置的结构和制造方法是本领域众所周知的，因此本文将省略对它们的详细描述。
附图说明
图1示意性地示出了一般的片状隔板的垂直截面图。
图2示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的用于制造包卷型电极组件的隔板的垂直截面图。
图3示意性地示出了包括图2的隔板的电极组件的垂直截面图，图解了在缠绕之前堆叠的各部件。
图4示意性地示出了根据本发明的另一实施方式的包卷型电极组件在缠绕之前的堆叠状态的垂直截面图。
具体实施方式
下文中，将参照附图描述本发明的实施方式。然而，提供这些实施方式以促进对本发明的更好理解，本发明的范围并不限于此。
图1示意性地示出了一般的片状隔板的垂直截面图。
参照图1，隔板10包括多孔基板11以及粘合剂涂层部12和13。
具体地，粘合剂涂层部12整个地形成于长片状多孔基板11的下表面上，粘合剂涂层部13整个地形成于多孔基板11的上表面上。
一般来说，粘合剂涂层部12和粘合剂涂层部13被配置成具有相同的粘结强度。
图2示意性地示出了根据本发明的至少一个实施方式的用于制造包卷型电极组件的隔板的垂直截面图。
参照图2，隔板20包括多孔基板21和粘合剂涂层部22、23和24。
具体地说，粘合剂涂层部22和粘合剂涂层部23形成于长片状多孔基板21的下表面上。粘合剂涂层部22形成于多孔基板21的下表面的左段上，粘合剂涂层部23形成于多孔基板的下表面的右段上。此外，粘合剂涂层部23和粘合剂涂层部22连续地形成。
粘合剂涂层部22和粘合剂涂层部23具有彼此不同的粘结强度，在某些实施方式中，粘合剂涂层部22具有比粘合剂涂层部23高的粘结强度。
图3示意性地示出了包括图2的隔板的电极组件的垂直截面图，图解了在缠绕之前堆叠的各部件。
参照图3，电极组件200包括片状负极210、片状正极220和隔板20。
从下侧开始，负极210、隔板20、和正极220按这个顺序堆叠。
负极210具有片状结构，其中负极活性材料层212和213分别形成于集电器211的上表面和下表面上。
正极220具有片状结构，其中正极活性材料层222和223分别形成于集电器221的上表面和下表面上。
隔板20具有与图2的隔板相同的结构。具体地，粘合剂涂层部22和23形成于长片状多孔基板21的下表面上。粘合剂涂层部22形成于多孔基板21的下表面的左段上，粘合剂涂层部23形成于多孔基板的下表面的右段上。此外，粘合剂涂层部23和粘合剂涂层部22连续地形成。
隔板20的面积比正极220或负极210的面积相对大一些，具体地，隔板20的面积与粘合剂涂层部23的面积一样宽。
粘合剂涂层部22粘附在负极210的负极活性材料层213的相对表面上，粘合剂涂层部24粘附在正极220的正极活性材料层222的相对表面上。
此外，涂层部23不面向电极，而是预先形成待缠绕的缠绕末梢，以便在缠绕电极组件200时提高缠绕稳定性。
图4示意性地示出了根据本发明的另一实施方式的包卷型电极组件在缠绕之前的堆叠状态的垂直截面图。
参照图4，与图3相比较，电极组件300包括片状负极210、片状正极220、以及隔板10和20。
正极220、负极210和隔板20的结构以及在它们之间的堆叠结构均与图3中示出的相同。唯一的区别是：此外，隔板10堆叠在正极的上表面上。因此，电极组件300被配置成从下侧开始，负极210、隔板20、正极220、和隔板10按这个顺序堆叠。
具体地，负极210具有片状结构，其中负极活性材料层212和213分别形成于集电器211的上表面和下表面上。
正极220具有片状结构，其中正极活性材料层222和223分别形成于集电器221的上表面和下表面上。
隔板20具有与图2的隔板相同的结构。具体地，粘合剂涂层部22和23形成于长片状多孔基板21的下表面上。粘合剂涂层部22形成于多孔基板21的下表面的左段上，粘合剂涂层部23形成于多孔基板的下表面的右段上。此外，粘合剂涂层部23和粘合剂涂层部22连续地形成。
隔板20的面积比正极220或负极210的面积相对大一些，具体地，隔板20的面积与粘合剂涂层部23的面积一样宽。
隔板10具有与图1的隔板相同的结构，粘合剂涂层部12整个地形成于长片状多孔基板11的下表面上。粘合剂涂层部13整个地形成于多孔基板11的上表面上。
粘合剂涂层部22粘附在负极210的负极活性材料层213的相对表面上，粘合剂涂层部24粘附在正极220的正极活性材料层222的相对表面上。
隔板10是层压的，使得粘合剂涂层部12面向正极220的上表面。使用隔板10能够防止在缠绕之后负极210的负极活性材料层212与正极220的活性材料层223之间接触和短路。
当然，隔板10可由与隔板20具有相同结构的隔板替代。
为了制造包卷，在堆叠成电极组件300时，使缠绕芯400与粘合剂涂层部23接触且如箭头所示沿顺时针方向进行缠绕。首先，未面向电极的隔板部分被缠绕，随后电极和隔板彼此面对的一段被缠绕。
为了防止所谓的尾端脱开状况，其中在缠绕工艺之后从电极组件300分离缠绕芯400时隔板20的一部分会被拉出，粘合剂涂层部23的粘结强度被设定为相对低于粘合剂涂层部22的粘结强度。然而，为了简单地防止尾端脱开状况而在隔板接触缠绕芯400处省去粘合剂涂层部的形成将会使缠绕芯400不能粘附至隔板20，从而不能提供稳定的缠绕。因此，粘合剂涂层部23被设定为维持适当的粘结强度。
下文中，将参照所实施的试验更加详细地描述本发明。
<实施例>
如图2所示，具有作为第一压敏粘合剂的丙烯酸压敏粘合剂的第一粘合剂涂层部形成于片状多孔基板的第一表面上，第二粘合剂涂层部形成为具有氟基压敏粘合剂PVdF。具有作为第三压敏粘合剂的丙烯酸压敏粘合剂的第三粘合剂涂层部形成于片状多孔基板的第二表面上，从而制备隔板。
<比较例>
按照与实施例相同的方式制备比较例的隔板，不同之处在于将用作第一压敏粘合剂的丙烯酸压敏粘合剂用到第二压敏粘合剂中，以便形成第二粘合剂涂层部。
<试验例>
将负极、隔板和正极堆叠至实施例和比较例中所制备的隔板，使得第一涂层部面向负极且第三涂层部面向正极(参见图3)。随后进行缠绕，使缠绕芯与第二粘合剂涂层部接触(参见图4)。
由此，通过确认隔板在从缠绕芯分离时被拉出的程度来判断该隔板是否有缺陷。结果在下表1和表2中示出。
分别制造包括根据实施例的隔板的十个包卷型电极组件和包括根据比较例的隔板的十个包卷型电极组件，重复上述试验(根据隔板部分被拉出的长度，由以下标记表示：X:没有隔板拉出，△:小于缠绕芯长度的一半，和O:大于缠绕芯长度的一半)。
【表1】
隔板缺陷 隔板缺陷
实施例1-1 X 比较例1-1 ○
实施例1-2 X 比较例1-2 ○
实施例1-3 X 比较例1-3 ○
实施例1-4 X 比较例1-4 △
实施例1-5 X 比较例1-5 ○
实施例1-6 X 比较例1-6 △
实施例1-7 X 比较例1-7 ○
实施例1-8 X 比较例1-8 △
实施例1-9 X 比较例1-9 ○
实施例1-10 X 比较例1-10 ○
【表2】
分类 实施例 比较例
缺陷率(％) 0％ 100％
如表1中所示，分别包括通过形成具有PVdF粘合剂的第二涂层部而制备的实施例1-1至1-10的隔板的包卷型电极组件在分离缠绕芯的工艺中没有造成任何缺陷，而在分别包括通过形成具有丙烯酸压敏粘合剂的第二涂层部而制备的隔板的比较例1-1至1-10的所有包卷型电极组件中均存在缺陷。
具体地，检查根据基于缠绕芯的长度隔板被拉出的程度的标记结果，确认以下内容：基于缠绕芯的长度，根据实施例的十个电极组件在分离缠绕芯时没有隔板被完全拉出。另一方面，在10个电极组件中，根据比较例1-4、1-6和1-8的电极组件的隔板被拉出小于缠绕芯长度的一半，而比较例1-1、1-2、1-3、1-7、1-9和1-10中的电极组件的隔板被拉出大于缠绕芯长度的一半。
在隔板的粘合剂涂层部中，面向电极的第一和第三粘合剂涂层部形成具有高粘结强度的粘合剂涂层部，从而增加了电极和隔板之间的粘结强度并且改善了电池寿命和高速充电/放电特性，同时，具有较低粘结强度的第二粘合剂涂层部形成于面向缠绕芯的部分处，从而显著降低了在生产包卷型电极组件期间在分离缠绕芯的过程中发生的隔板的尾端脱开状况导致的缺陷外观，从而实现产量增加。
尽管已参照附图描述了本发明，本领域的技术人员需理解的是在本发明的范围内，可在上述公开内容的基础上进行各种应用和修改。
工业实用性
如上所述，在根据本发明的电极组件中，第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部形成于片状多孔基板的第一表面上，并且第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部包括具有彼此不同的粘结强度的隔板，由此在改善二次电池的寿命和高速充电/放电特性的同时提供增加的产量。

Claims (24)

1.一种包卷型电极组件，包括：
呈片状形式的正极；
呈片状形式的负极；和
插置在所述正极和所述负极之间的隔板，所述隔板包括形成于片状多孔基板的第一表面上的第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部、以及形成于与所述第一表面相对的第二表面上的第三粘合剂涂层部，
其中所述第一粘合剂涂层部和所述第二粘合剂涂层部具有彼此不同的粘结强度。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中相较于所述正极和所述负极的面积，所述隔板的面积相对较大。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其中相较于所述正极和所述负极的面积，所述隔板的面积等于或大于所述第二粘合剂涂层部的面积。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一粘合剂涂层部以粘附到与所述负极相对的表面上的状态缠绕，并且所述第二粘合剂涂层部被隔板本身缠绕同时形成所述电极组件的缠绕末梢。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第三粘合剂涂层部以粘附到与所述正极相对的表面上的状态缠绕。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件被缠绕成使得基于所述隔板，所述负极位于所述隔板的内表面侧上。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中相较于所述第二粘合剂涂层部，所述第一粘合剂涂层部具有相对较高的粘结强度。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一粘合剂涂层部包括第一压敏粘合剂，所述第二粘合剂涂层部包括第二压敏粘合剂，并且所述第一压敏粘合剂与所述第二压敏粘合剂彼此不同。
9.根据权利要求8所述的电极组件，其中所述第一压敏粘合剂是丙烯酸酯基压敏粘合剂。
10.根据权利要求9所述的电极组件，其中所述丙烯酸酯基压敏粘合剂是一单体混合物的聚合物，所述单体混合物包含：基于所述单体混合物的总重量，i)50重量％至90重量％具有1至14个碳原子的烷基的(甲基)丙烯酸酯单体、ii)1重量％至40重量％选自由烯丙基酯、乙烯基酯、不饱和乙酸酯和不饱和腈构成的组的一个或多个单体、和iii)0.5重量％至20重量％选自由不饱和羧酸构成的组的一个或多个单体。
11.根据权利要求10所述的电极组件，其中所述单体混合物进一步包括交联剂，并且基于所述单体混合物的总重量，所述交联剂的含量为0.1重量％至3重量％。
12.根据权利要求8所述的电极组件，其中所述第二压敏粘合剂是氟基压敏粘合剂。
13.根据权利要求12所述的电极组件，其中所述氟基压敏粘合剂是聚偏二氟乙烯(PVdF)。
14.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第三粘合剂涂层部包括第三压敏粘合剂，并且所述第三压敏粘合剂是丙烯酸酯基压敏粘合剂。
15.根据权利要求14所述的电极组件，其中所述第三压敏粘合剂与所述第一压敏粘合剂相同。
16.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一粘合剂涂层部、所述第二粘合剂涂层部和所述第三粘合剂涂层部包括无机颗粒和压敏粘合剂。
17.根据权利要求16所述的电极组件，其中所述第一粘合剂涂层部、所述第二粘合剂涂层部和所述第三粘合剂涂层部基于各个部的总重量包括10重量％至90重量％的无机颗粒。
18.根据权利要求1所述的电极组件，其中相较于所述第一粘合剂涂层部，所述第二粘合剂涂层部中无机颗粒的含量相对较高。
19.根据权利要求16所述的电极组件，其中所述无机颗粒包括选自由具有压电性的无机颗粒和具有锂离子传输能力的无机颗粒构成的组中的至少一种。
20.一种用于包卷型电极组件的隔板，所述隔板包括：形成于片状多孔基板的第一表面上的第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部；和形成于与所述第一表面相对的第二表面上的第三粘合剂涂层部，
其中所述第一粘合剂涂层部和所述第二粘合剂涂层部具有彼此不同的粘结强度。
21.一种制备包卷型电极组件的方法，包括：
步骤(a)：制备隔板，所述隔板包括形成于片状多孔基板的第一表面上的第一粘合剂涂层部和第二粘合剂涂层部、以及形成于与所述第一表面相对的第二表面上的第三粘合剂涂层部，其中所述第一粘合剂涂层部和所述第二粘合剂涂层部具有彼此不同的粘结强度；
步骤(b)：通过缠绕工艺，堆叠正极、隔板和负极，使得所述第一粘合剂涂层部被定位成面向所述负极，并且所述第三粘合剂涂层部被定位成面向所述正极；
步骤(c)：缠绕所述第二粘合剂涂层部，使缠绕芯与所述第二粘合剂涂层部接触；和
步骤(d)：从所述缠绕芯分离所述包卷型电极组件。
22.一种二次电池，其中根据权利要求1所述的电极组件与电解质溶液一起嵌入电池壳体中。
23.一种电池组，包括根据权利要求22所述的二次电池作为单元电池。
24.一种装置，包括根据权利要求23所述的电池组作为电源。
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