CN111684623A - 具有电极接片与集流体之间改进的连接结构的电极组件及该电极组件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有电极接片与集流体之间改进的连接结构的电极组件及该电极组件的制造方法，并且本发明提供了一种电极组件和一种该电极组件的制造方法，在该电极组件中，电极接片与集流体之间的连接结构被改进以确保电池容量和抵抗过充电的安全性。根据本发明的电极组件包括：电极集流体；在电极集流体的一个表面上未形成电极活性材料层的非涂覆部分；电极接片，该电极接片定位在非涂覆部分中；以及导电性粘合剂部分，该导电性粘合剂部分定位在非涂覆部分与电极接片之间，其中，该导电性粘合剂部分包括气体产生材料。

Description

具有电极接片与集流体之间改进的连接结构的电极组件及该 电极组件的制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年6月20日于韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2018-0071080的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过参引并入本文。
技术领域
本发明涉及一种可再充电电池及其制造方法，并且还涉及一种具有电极接片与集流体的改进的连接结构的电极组件及该电极组件的制造方法。
背景技术
近年来，随着对便携式电子设备比如笔记本电脑、摄像机和便携式电话的需求急剧增加以及电动车辆、储能电池、机器人和卫星的发展已变得全面，已经对用作上述设备的驱动电源的可再充电电池进行了许多研究。
这些可再充电电池的示例包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。在这其中，由于锂可再充电电池相比于镍型可再充电电池具有更小的记忆效应，因此锂可再充电电池由于自由充电和放电、极低的自放电率、高的操作电压和高的单位重量能量密度而广泛用在高科技电子设备中。
然而，锂可再充电电池暴露于高温下，或者由于过充电、外部短路、击穿、局部损坏等而在短时间内流过大电流时，存在电池被红外发热加热并发生爆炸的风险。也就是说，当电池的压力或温度上升时，活性材料的分解反应和许多副反应进行，从而使电池的温度快速上升，这进一步加速了电解质与电极之间的反应。最终，发生电池温度急剧上升的热失控现象，并且当温度上升至一定水平时，可能会发生电池着火，并且锂可再充电电池由于电池的内部压力增加而发生爆炸。
因此，正在讨论各种方法以在锂可再充电电池处于比如过电流状态或高温状态的异常操作状态时有效地控制锂可再充电电池。作为用以确保安全性的努力的一部分，具有在电池单元外部安装装置的方法以及利用电池单元内部的材料的方法。利用温度变化的PTC和CID装置、控制电压和电流的保护电路以及利用电池内部压力变化的安全通风口与在电池单元外部安装装置的方法相对应，并且利用电池单元内部的材料的方法是添加可以根据电池内部的温度、电压和电流的变化而发生物理、化学或电化学方面的改变的材料。
在利用电池单元内部的材料的情况下，存在可以将该材料应用于所有类型的电池而无需额外的安装过程的优点，然而由于存在因材料的添加而使比如电池的速率特性或容量等电池的性能劣化以及未提供有可靠性的操作的问题，因此正在讨论可以带来明显电流阻断效果同时使电池性能劣化最小化的各种措施。
锂可再充电电池主要使用氧化锂和碳材料分别作为正极活性材料和负极活性材料。在集流体上分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料的正极和负极经由插置于正极与负极之间的分隔件布置成构造电极组件，并且该电极组件与电解质溶液一起被接纳并密封在外部构件中。
图1是常规的果冻卷型电极组件的立体图，并且图2是图1中所示的电极组件在被卷绕之前的分解立体图。
参照图1和图2，常规的果冻卷型电极组件100包括正极110、负极120和分隔件130，并且分隔件130被插置在正极110与负极120之间。
正极110包括板状形状的正极集流体111和形成在正极集流体111上的正极活性材料层113。正极集流体111包括正极非涂覆区域115，该正极非涂覆区域115是未形成有正极活性材料层113的部分。正极非涂覆区域115布置在正极集流体111的两个表面上。
正极接片140通过焊接附接至正极非涂覆区域115，使得正极集流体111和正极接片140连接。
图3是将正极接片焊接至常规的正极集流体的情况的示意性横截面图。
参照图3，将正极集流体111和正极接片140设置在焊接装置180之间，并且执行超声焊接或电阻焊接。由于焊接装置180损坏活性材料层，因此，如图2中所示，正极非涂覆区域115设置在正极集流体111的两个表面上。
在常规的负极120中，应用了与常规的正极110相同或类似的结构，使得在负极集流体121的两个表面上设置有负极非涂覆区域125。
设置在正极集流体111的两个表面上的正极非涂覆区域115和设置在负极集流体121的两个表面上的负极非涂覆区域125由于未在整个空间中形成活性材料层而导致电极组件100的容量减小。在高输出模型中，正极接片140和负极接片160的数目增加，这导致正极非涂覆区域115和负极非涂覆区域125的面积进一步增加，从而进一步减小电池单元的容量。
因此，需要研究一种锂可再充电电池，该锂可再充电电池防止比如由于锂可再充电电池的过充电引起的爆炸等危险发生的风险，并且同时使电池的容量劣化最小化，以便同时满足高容量和薄型化的趋势。
发明内容
本发明的示例性实施方式用以解决上述问题，并且提供了一种用于可再充电电池的电极组件及该电极组件的制造方法，以用于通过改进电极接片与集流体之间的连接结构而在获得抵抗过充电的安全性的同时实现电池单元的容量。
根据本发明的示例性实施方式的电极组件包括：电极集流体；非涂覆区域，在该非涂覆区域中，未形成有电极活性材料层，该非涂覆区域位于电极集流体的一个表面处；电极接片，该电极接片布置在非涂覆区域处；以及导电性粘合剂部分，该导电性粘合剂部分布置在非涂覆区域与电极接片之间，其中，导电性粘合剂部分包括气体产生材料。
导电性粘合剂部分还可以包括导电性材料和粘合剂材料。
粘合剂材料、导电性材料和气体产生材料可以以浆料型式形成导电性粘合剂部分。
当气体产生材料达到分解电压时可以产生气体，使得导电性粘合剂部分的体积可以增大。
分解电压可以是4.5V或更大的电压。
气体产生材料可以包括Li2CO3、K2CO3、CaCO3、BaCO3和SrCO3中的至少一者。
导电性粘合剂部分的厚度可以为10微米或更小。
在示例性实施方式中，电极接片可以是具有宽度和长度的金属带型构件，电极接片可以包括电极接片重叠部分和电极接片延伸部分，该电极接片重叠部分堆叠在非涂覆区域处，该电极接片延伸部分从电极接片重叠部分延伸至电极集流体的外部，并且导电性粘合剂部分可以形成为具有与电极接片重叠部分相同的形状和面积。
根据本发明的另一示例性实施方式的用于可再充电电池的电极组件制造方法包括：在用于电极接片的金属板材料上涂覆包括气体产生材料的导电性粘合剂溶液；在用于电极接片的金属板材料上形成离型膜，以覆盖涂覆的导电性粘合剂溶液；对导电性粘合剂溶液进行干燥以变成导电性粘合剂部分；将用于电极接片的金属板材料切开以形成多个条带的步骤；对所述多个条带进行切割，以制造堆叠有导电性粘合剂部分和离型膜的多个电极接片；从电极接片移除离型膜；以及将移除了离型膜的电极接片粘附至电极集流体的一个表面。
导电性粘合剂溶液的涂覆可以允许涂覆区域和非涂覆区域在横向方向上交替布置，在涂覆区域中沿纵向方向涂覆有导电性粘合剂溶液，在非涂覆区域中未涂覆导电性粘合剂溶液。
可以将所述多个条带切割成使得电极接片包括一个涂覆区域和一个非涂覆区域。
电极接片可以包括电极接片重叠部分和电极接片延伸部分，该电极接片重叠部分堆叠在电极集流体处，该电极接片延伸部分从电极接片重叠部分延伸至电极集流体的外部，涂覆区域的横向长度可以与电极接片重叠部分的长度相同，并且非涂覆区域的横向长度可以与电极接片延伸部分的长度相同。
电极接片与电极集流体的一个表面的粘附可以将电极接片粘附至电极集流体的一个表面中的未形成有电极活性材料层的非涂覆区域。
导电性粘合剂溶液可以以浆料型式制造为还包括导电性材料和粘合剂材料。
当气体产生材料达到分解电压时可以产生气体，使得导电性粘合剂部分的体积增大。
分解电压可以是4.5V或更大的电压。
气体产生材料可以包括Li2CO3、K2CO3、CaCO3、BaCO3和SrCO3中的至少一者。
导电性粘合剂部分的厚度可以为10微米或更小。
根据本发明的示例性实施方式，通过将气体产生材料包括在电极接片与电极集流体之间的导电性粘合剂部分中，使得用于可再充电电池的电极的制造可以在不增加电阻的情况下确保在比如过充电的异常操作状态下的安全性。
而且，具有导电性粘合剂部分和离型膜的电极接片可以通过将形成有导电性粘合剂部分和离型膜的用于电极接片的金属板材料切开并切割的过程来大量生产，无需单独的焊接过程。
附图说明
图1是常规的果冻卷型电极组件的立体图。
图2是图1的电极组件在被卷绕之前的分解立体图。
图3是将正极接片焊接至常规的正极集流体时的示意性横截面图。
图4是根据本发明的示例性实施方式的果冻卷型电极组件的立体图。
图5是图4的电极组件在被卷绕之前的分解立体图。
图6是图5的部分A的放大俯视平面图。
图7是沿着图6的方向V-V’截取的横截面图。
图8是图7的部分C的放大俯视平面图。
图9是图7的部分C在气体产生之后的放大横截面图。
图10是根据本发明的示例性实施方式的电极接片的立体图。
图11和图12是用以说明根据本发明的示例性实施方式的电极组件制造方法的视图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图对本发明的各种示例性实施方式进行详细描述，使得本领域技术人员可以容易地实施本发明。如本领域技术人员将认识到的，可以以全部不脱离本发明的精神或范围的各种不同的方式修改所描述的实施方式。
为了使本发明的描述清楚，省去了与描述无关的部分，并且贯穿本说明书，相同的附图标记将用于指代相同或相似的部分。
另外，为了更好地理解和易于描述，任意示出了附图中所示的每种构型的尺寸和厚度，但是本发明不限于此。在附图中，为了清楚起见，层、膜、板、区域等的厚度被夸大。在附图中，为了更好地理解和易于描述，一些层和区域的厚度被夸大。
应当理解的是，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称为在另一元件“上”时，该元件可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，则不存在中间元件。此外，在说明书中，词语“在……上”或“在……上方”是指定位在目标部分上或下方，并且不一定是指基于重力方向定位在目标部分的上侧。
另外，除非有明确的相反描述，否则词语“包括(comprise)”和诸如“包含(comprises)”或“包括有(comprising)”之类的变体应当理解为暗含包括所阐述的元件但不排除任何其他元件。
此外，在本说明书中，短语“在平面上”是指从顶部观察目标部分，并且短语“在横截面上”是指从侧面观察目标部分的被纵向切割的横截面。
图4是根据本发明的示例性实施方式的果冻卷型电极组件的立体图。图5是图4的电极组件在被卷绕之前的分解立体图。图6是图5的部分A的放大俯视平面图。图7是沿着图6的方向V-V’截取的横截面图。图8是图7的部分C的放大俯视平面图。图9是图7的部分C在气体产生之后的放大横截面图。
参照图4和图5，根据本示例性实施方式的电极组件200包括一对电极和插置在所述一对电极之间的分隔件230。所述一对电极包括正极210和负极220。为了便于说明，图5示出了在电极组件200被卷绕之前的状态。参照图5，正极210、分隔件230和负极220形成为板状形状并且按次序堆叠。这些电极组件200与电解质溶液一起被封装并被容纳在外部构件(未示出)中，以被制造为可再充电电池。
由于正极210的构型和负极220的构型彼此相同或类似，因此在图5中，将基于电极中的正极210进行描述。
参照图5，正极210包括板状形状的正极集流体211和形成在正极集流体211上的正极活性材料层213。正极集流体211包括正极非涂覆区域215，在该正极非涂覆区域215中，未形成正极活性材料层213。如图所示，正极活性材料层213优选地形成在正极集流体211的两个表面上。正极活性材料层213被涂覆在正极集流体211的一部分上，并且如图5中所示，作为示例性实施方式，可以在涂覆正极活性材料层213的同时在正极集流体211的长度方向的一个端部处保留矩形区域。未形成有正极活性材料层213的部分与正极非涂覆区域215相对应。根据本示例性实施方式的正极非涂覆区域215仅形成在正极集流体211的一侧上，这与在常规技术中正极非涂覆区域215形成在正极集流体211的两个表面上不同。正极非涂覆区域215粘附有正极接片240，并且正极接片240和正极210彼此电连接。在本示例性实施方式中，正极接片240可以通过稍后将描述的导电性粘合剂部分粘结至正极非涂覆区域215，并且将参照图7等对此进行描述。
通过借助于导电性粘合剂部分250而不是通过常规焊接来附接正极接片240，可以仅在电极集流体的一侧上形成正极非涂覆区域215而不会损坏正极活性材料层213。因此，正极活性材料层213的面积可以增大以使活性材料的量增大，从而增大可再充电电池的容量。特别地，在高功率模型的电池中，由于电极接片的数目增加，因此与常规电池中的情况相比容量改善效果更大。
然而，正极非涂覆区域215的位置和形状不限于此，而是可以进行修改。例如，正极非涂覆区域215可以在正极集流体211的宽度方向的一个端部处形成为具有矩形的区域。而且，正极非涂覆区域215可以在正极集流体211的中央处形成为具有矩形的区域。另外，在本示例性实施方式中，正极非涂覆区域215形成为从正极集流体211的一侧延伸至另一侧，然而，正极非涂覆区域215可以具有仅位于与正极接片240重叠的区域的最小尺寸。负极220包括与上述正极210类似的板状形状的负极集流体221和形成在负极集流体221上的负极活性材料层223，并且负极集流体221包括负极非涂覆区域225，在该负极非涂覆区域225中，未形成有负极活性材料层223。上述关于正极210的内容也可以应用于与负极220有关的构成元件。
参照图5，正极非涂覆区域215布置在正极集流体211的长度方向的一个端部处，并且负极非涂覆区域225布置在负极集流体221的长度方向的一个端部处，但是该端部与布置有正极非涂覆区域215的端部相反。然而，正极非涂覆区域215和负极非涂覆区域225的位置不限于此，并且他们的位置可以是相同的或者可以彼此重叠。
作为正极集流体211的材料，主要使用铝。另外，正极集流体211的材料可以是不锈钢、镍、钛、火碳或铝，或者可以设置成通过碳、镍、钛、银等对不锈钢表面进行表面处理。此外，对正极集流体211的材料没有限制，只要该材料是具有高导电性且不会引起可再充电电池的化学变化的材料即可。
作为负极集流体221，主要使用铜材料。另外，负极集流体221的材料可以是不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜，或者可以使用通过碳、镍、钛、银等对不锈钢表面进行表面处理并且可以使用铝镉合金。
形成正极活性材料层213的正极活性材料是含锂活性材料，并且作为代表性示例，可以使用金属氧化物，比如LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiFePO4或Li1+zNi1-x-yCoxMyO2(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1、0≤z≤1，M为诸如Al、Sr、Mg、La或Mn之类的金属)。形成负极活性材料层223的负极活性材料是含碳活性材料，并且作为负极活性材料，可以使用比如结晶碳、无定形碳、碳复合材料、碳纤维等碳材料或者锂金属、锂合金等。
正极活性材料层213和负极活性材料层223除了活性材料以外还可以包括粘结剂和导电性材料。粘结剂具有使活性材料颗粒彼此容易地粘附并且使活性材料容易地粘附至集流体的功能，并且典型的示例可以包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰纤维素、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、包括环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等的聚合物，然而，粘结剂不限于此。导电性材料为电极提供导电性，并且导电性材料可以是不会在电池构型中引起化学变化的任何电子导电性材料，并且示例可以包括：碳基材料比如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纤维，金属基材料比如铜、镍、铝、银等的金属粉末或金属纤维，导电性聚合物比如聚亚苯基衍生物，或者导电性材料的混合物。
间隔件230不被特别限制，只要间隔件230是多孔材料即可。间隔件230可以由具有多孔的聚合物层制成，所述多孔的聚合物层例如是多孔的聚烯烃层，聚偏二氟乙烯-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙酸乙烯酯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚环氧乙烷、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素、氰乙基支链淀粉、氰乙基聚乙烯醇、氰乙基纤维素、氰乙基蔗糖、支链淀粉、羧甲基纤维素、丙烯腈苯乙烯丁二烯共聚物、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚乙烯萘、无纺布层，具有多孔网状结构的层或其混合物。
间隔件230的一个表面或两个表面可以附接有无机颗粒。无机颗粒优选地为具有5或更大的高介电常数的无机颗粒，并且更优选地为具有10或更大的介电常数和低密度的无机材料颗粒。因此可以容易地转移在电池单元中移动的锂离子。具有5或更大的高介电常数的无机颗粒的非限制性示例包括Pb(Zr、Ti)O3(PZT)、Pb1-xLaxZr1-yTiyO3(PLZT)、Pb(Mg3Nb2/3)O3-PbTiO3(PMN-PT)、BaTiO3、HfO2、SrTiO3、TiO2、Al2O3、ZrO2、SnO2、CeO2、MgO、CaO、ZnO、Y2O3或其混合物。
参照图5和图6，正极接片240可以是具有预定宽度和长度的金属带型构件。正极接片240与正极集流体211的正极非涂覆区域215重叠以电连接至正极集流体211。具体地，正极接片240包括正极接片重叠部分241和正极接片延伸部分242，该正极接片重叠部分241堆叠在正极集流体211上，该正极接片延伸部分242从位于正极接片重叠部分241中的正极集流体211的一个端部突出并延伸至外部。
正极接片重叠部分241固定至正极集流体211的正极非涂覆区域215。固定有正极接片240的正极210与分隔件230和负极220依次堆叠并卷绕，使得正极接片重叠部分241与正极210和分隔件230重叠。
如图7中所示，正极接片240通过导电性粘合剂部分250而不是焊接附接至正极集流体211的正极非涂覆区域215。因此，正极210和正极接片240电连接。导电性粘合剂部分250具有粘合剂，从而将正极接片240固定至正极集流体211。
特别地，导电性粘合剂部分250可以形成为与正极接片重叠部分241相同的形状和面积。需要获得导电性粘合剂部分250满足最少所需粘合剂的长度或面积。然而，在高功率模型的情况下，当正极接片重叠部分241的面积狭窄时，温度可能会由于电流集中而局部上升。因此，导电性粘合剂部分250可以形成为具有与接触正极集流体211的正极接片重叠部分241的整个面积相同的面积。
参照图8，导电性粘合剂部分250包括粘合剂材料251、导电性材料252和气体产生材料253。粘合剂材料251不应与电解质溶液反应，并且例如，粘合剂材料251优选地为丙烯酸酯系列。在粘合剂材料251中，粘合剂材料251可以是：丙烯酸丁酯/丙烯酸4-羟基丁酯＝98：2或丙烯酸乙基己酯/丙烯酸＝98：2。
正极接片240可以由与正极集流体211相同种类的金属材料形成。例如，该金属材料可以是铝。在这种情况下，正极210中的导电性粘合剂部分250的导电性材料252优选地为铝颗粒、碳纳米管(CNT)和炭黑中的一者。特别地，导电性材料252优选地为铝颗粒。因此，可以在正极接片240-导电性粘合剂部分250-正极集流体211之间提供基于铝材料的电流路径而不会增加接触电阻。铝颗粒可以是球形形状的颗粒。
负极接片260可以具有与负极集流体221相同种类的金属材料。例如，该金属材料可以是铜。在这种情况下，负极220中的导电性粘合剂部分的导电性材料(未示出)优选地为CNT、炭黑和铜颗粒中的一者。特别地，该导电性材料优选地为铜颗粒。因此，可以在负极接片260-导电性粘合剂部分(未示出)-负极集流体221之间提供基于铜材料的电流路径而不会增加接触电阻。
在可再充电电池的正常操作状态下，与不包括气体产生材料253的情况相比，由于导电性材料252的具有低电阻的电通道，因此导电性粘合剂部分250具有电阻的水平未显著增加的导电性。
气体产生材料253由在达到预定电压时分解以产生气体的材料构成。本文中，预定电压可以被限定为用于使气体产生材料253分解以产生气体的分解电压，并且预定电压根据气体产生材料253的类型而具有不同的值。
如图8和图9中所示，导电性粘合剂部分250在达到分解电压之前具有第一厚度X，但是当由于异常操作状态而达到分解电压并且然后由气体产生材料253产生气体时，导电性粘合剂部分250的体积由于所产生的气体而增大，使得导电性粘合剂部分250的厚度可以变成大于第一厚度X的第二厚度Y。根据导电性粘合剂部分250的增加的体积，导电性材料252的流动发生，并且导电性材料252之间的距离增大。由于导电性材料252之间的距离增大，因此导电性粘合剂部分250的电阻急剧增大，这导致电池单元的电阻的增大和电压的增大，从而达到终止电压。通过以上过程，终止了诸如过充电或过放电之类的异常操作状态，并且可以确保二次电池的稳定性。
气体产生物质253不被特别限制，只要气体产生物质253是在达到预定电压时产生气体的物质即可。例如，气体产生物质253可以是Li2CO3、K2CO3、CaCO3、BaCO3或SrCO3材料。特别地，气体产生物质253优选地为Li2CO3。如果使用Li2CO3作为气体产生材料253并且施加在电极组件200上的电压为4.7V-4.85V或更大，则Li2CO3分解成使得产生CO和CO2气体。导电性粘合剂部分250的体积因所产生的CO和CO2气体而增大。分解电压可以根据气体产生材料253的类型而略微变化，但是根据本示例性实施方式，通过考虑Li2CO3(4.7V或更大)、K2CO3(4.5V或更大)、CaCO3(4.8V或更大)、BaCO3(4.9V或更大)以及SrCO3(4.9V或更大)的分解电压，优选的是分解电压为4.5V或更大。
包括粘合剂材料251、导电性材料252和气体产生材料253的导电性粘合剂部分250可以呈以浆料型式涂覆在电极集流体与电极接片之间的形式。由于导电性粘合剂部分250呈浆料形式，因此可以更容易地调节导电性粘合剂部分250的厚度，或者可以调节导电性粘合剂部分250中的气体产生材料253的含量。
随着气体产生材料253的含量增大，在异常操作状态下在预定电压下所产生的气体量增大，并且因此可以更快地达到终止电压，但是同时气体用作电池中的电阻，使得电池的性能可能劣化。需要根据电池所使用的领域来适当地调节含量。在本发明的示例性实施方式中，通过调节浆料厚度或通过控制气体产生材料253的含量，可以对每个制造的电池自由地调节导电性粘合剂部分250的电阻，从而使电池的制造成本降低而无需任何额外的过程，并且可以对每个制造的电池自由地调节过充电或过放电所达到的电压程度和导电性粘合剂部分250的电阻，从而使电池制造的成本降低。
另外，由于导电性粘合剂部分250以浆料形式涂覆，因此粘合剂材料251、导电性材料252和气体产生材料253被分散而不会集中在特定部分中，从而有效地确保了导电性、粘合程度以及终止电压的达到程度。
与粘合剂材料251、导电性材料252和气体产生材料253的导电性粘合剂部分250相比，粘合剂材料251的重量比优选地固定为40％，导电性材料252的重量比优选地为30％至50％，并且气体产生材料253的重量比优选地为10％至30％。
由于导电性粘合剂部分250可以在电池单元中起到电阻的作用，因此导电性粘合剂部分250的厚度优选地小于10微米。
如参照图3所描述的，在常规技术中，未涂覆活性材料层的非涂覆区域设置在电极集流体的两个表面上并且接片被焊接结合至非涂覆区域，然而在本发明的示例性实施方式中，由于通过导电性粘合剂部分250执行粘附而非焊接，因此，如图5和图7中所示，即使在正极集流体211的一个表面上完全涂覆正极活性材料层213的状态下，正极非涂覆区域215可以形成在正极集流体211的另一表面上以形成正极接片240。因此，由于在与正极接片240所粘附的表面相反的表面上未形成非涂覆区域，因此可以确保足够的容量。由于正极210的结构和负极220的结构彼此相同或类似，因此即使在负极220的情况下也可以确保电池容量。
如果为了保证过充电、外部短路、针状击穿、局部损坏等的稳定性而将气体产生材料设置在含有活性材料的电极层中，则活性材料的量因气体产生材料所占据的空间而减少并且电池容量减小，然而，根据本发明的示例性实施方式，通过将气体产生材料设置在电极集流体211和221与电极接片240和260之间的导电性粘合剂部分250中，使由于活性材料减少导致的电池劣化最小化。
图10是根据本发明的示例性实施方式的电极接片的立体图。图10的电极接片360可以在电极组件200的制造中用作上述正极接片240或负极接片260。
参照图10，电极接片360电连接至电极集流体，并且电极接片360是具有宽度和长度的金属带型构件。电极接片360包括电极接片重叠部分361和电极接片延伸部分362，该电极接片重叠部分361堆叠在电极集流体处，该电极接片延伸部分362从电极接片重叠部分361延伸到电极集流体外部。导电性粘合剂部分370和离型膜380以与电极接片重叠部分361相同的形状和面积堆叠在电极接片重叠部分361处。
在下文中，描述了能够大量生产可再充电电池的电极组件的制造方法。
图11和图12是用以说明根据本发明的电极组件制造方法的视图。
将粘合剂材料、导电性材料和气体产生材料混合以制造浆料形式的导电性粘合剂溶液。如上所述，粘合剂材料应与电解质溶液不发生反应，并且例如，粘合剂材料优选地为丙烯酸酯系列。气体产生材料不被特别限制，只要气体产生材料是在达到预定电压时产生气体的材料即可，并且例如，可以使用Li2CO3、K2CO3、CaCO3、BaCO3或SrCO3材料。特别地，气体产生材料优选地为Li2CO3。
参照图11，在用于接片的金属板材料359上涂覆导电性粘合剂溶液。在这种情况下，如图11中所示，按照横向方向交替地形成有涂覆区域374和非涂覆区域376，在涂覆区域374中沿纵向方向涂覆有导电性粘合剂溶液，在非涂覆区域376中没有涂覆导电性粘合剂溶液。涂覆区域374的横向长度a与图10的电极接片重叠部分361的长度相同，并且非涂覆区域376的横向长度b与图10的电极接片延伸部分362的长度相同。涂覆区域374以条状图案形成，而不是形成在用于接片的金属板材料359的整个表面上。该形成方法可以通过使用与用于涂覆电极活性材料层的涂覆类似的槽模涂覆(slot die coating)来执行，或者通过在非涂覆区域376上设置诸如棒条之类的阻挡层并将导电性粘合剂溶液喷洒在该阻挡层上来执行。
接下来，将覆盖涂覆区域374和非涂覆区域376的离型膜堆叠在用于接片的金属板材料359上。
接下来，对涂覆区域374的导电性粘合剂溶液进行干燥以转变成导电性粘合剂部分370。
接下来，如图12中所示，为了适于电极接片360的宽度，将图11的用于接片的金属板材料359沿着横向方向切成多个条带359’。
接下来，在任何一个条带359’中，当将条带359’切割成使得包括一个涂覆区域374和一个非涂覆区域376时，可以获得与图10中相似的多个电极接片360，所述多个电极接片360的导电性粘合剂部分370和离型膜380以与电极接片重叠部分361相同的形状和面积堆叠在电极接片重叠部分361处。
在电极组件200的制造过程中，在将卷轴形状的条带359’插入卷绕机中并且在卷绕机中将条带359’切割成使得包括一个涂覆区域374和一个非涂覆区域376以获得电极接片360之后，可以通过移除离型膜380使得将导电性粘合剂部分370设置在正极非涂覆区域215和/或负极非涂覆区域225处的一系列过程而将电极接片360粘附至电极集流体以制造电极组件而无需繁琐的焊接。
根据本发明的电极接片可以代替常规焊接方法的电极接片以用于制造电极组件和包括该电极组件的可再充电电池。根据本发明的电极接片被制造为粘合性接片，以通过省去常规的复杂焊接过程并且通过剥离离型膜并将电极接片结合至电极集流体的简单操作来制造可再充电电池。为了在常规的电极组件制造过程中将接片附接至集流体，由于超声焊接过程是单独执行的，由此因与焊接相关的设备成本和维护成本而存在效率劣化的问题。在本发明中，通过使用附接有离型膜的电极接片来解决该问题。
能够通过这种方法制造的本发明的电极组件可以允许在不损坏活性材料层的情况下将电极接片和电极集流体连接。非涂覆区域仅形成在集流体的一个表面上，从而导致可再充电电池的容量增加。而且，通过将用于保证安全的气体产生材料布置在电极集流体与电极接片之间的导电性粘合剂部分处而不是布置在电极层中，可以使由于活性材料减少而引起的电池效率劣化最小化。
如上所述，根据本发明，通过改进电极接片与集流体之间的连接结构，可以在制造使电池容量的限制最小化的可再充电电池的同时确保针对比如过充电、外部短路等异常操作状态的安全性。特别地，在电极接片的数目增多的高功率模型中，电流阻断效果和电池容量改善效果更加明显。
尽管已经参照本发明的示例性实施方式具体示出和描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，可以进行修改。
附图标记说明
200：电极组件
250、370：导电性粘合剂部分
251：粘合剂材料
252：导电性材料
253：气体产生材料

Claims (19)

1.一种电极组件，包括：
电极集流体；
非涂覆区域，在所述非涂覆区域中未形成有电极活性材料层并且所述非涂覆区域位于所述电极集流体的一个表面处；
电极接片，所述电极接片布置在所述非涂覆区域处；以及
导电性粘合剂部分，所述导电性粘合剂部分布置在所述非涂覆区域与所述电极接片之间，
其中，所述导电性粘合剂部分包括气体产生材料。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，
所述导电性粘合剂部分还包括导电性材料和粘合剂材料。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其中，
所述粘合剂材料、所述导电性材料和所述气体产生材料以浆料型式形成所述导电性粘合剂部分。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，
当所述气体产生材料达到分解电压时产生气体，使得所述导电性粘合剂部分的体积增大。
5.根据权利要求4所述的电极组件，其中，
所述分解电压是4.5V或更大的电压。
6.根据权利要求4所述的电极组件，其中，
所述气体产生材料包括Li2CO3、K2CO3、CaCO3、BaCO3和SrCO3中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中，
所述导电性粘合剂部分的厚度为10微米或更小。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其中，
所述电极接片是具有宽度和长度的金属带型构件，
所述电极接片包括电极接片重叠部分和电极接片延伸部分，所述电极接片重叠部分堆叠在所述非涂覆区域处，所述电极接片延伸部分从所述电极接片重叠部分延伸至所述电极集流体的外部，并且
所述导电性粘合剂部分形成为具有与所述电极接片重叠部分相同的形状和面积。
9.一种可再充电电池，包括根据权利要求1所述的电极组件。
10.一种电极组件制造方法，所述方法包括：
在用于电极接片的金属板材料上涂覆包括气体产生材料的导电性粘合剂溶液；
在用于所述电极接片的所述金属板材料上形成离型膜，以覆盖涂覆的所述导电性粘合剂溶液；
对所述导电性粘合剂溶液进行干燥以变成导电性粘合剂部分；
将用于所述电极接片的所述金属板材料切开以形成多个条带；
对所述多个条带进行切割，以制造堆叠有所述导电性粘合剂部分和所述离型膜的多个电极接片；
从所述电极接片移除所述离型膜；以及
将移除了所述离型膜的所述电极接片粘附至所述电极集流体的一个表面。
11.根据权利要求10所述的电极组件制造方法，其中，
所述导电性粘合剂溶液的涂覆允许涂覆区域和非涂覆区域在横向方向上交替布置，在所述涂覆区域中沿纵向方向涂覆有导电性粘合剂溶液，在所述非涂覆区域中未涂覆有导电性粘合剂溶液。
12.根据权利要求11所述的电极组件制造方法，其中，
将所述多个条带切割成使得所述电极接片包括一个涂覆区域和一个非涂覆区域。
13.根据权利要求12所述的电极组件制造方法，其中，
所述电极接片包括电极接片重叠部分和电极接片延伸部分，所述电极接片重叠部分堆叠在所述电极集流体处，所述电极接片延伸部分从所述电极接片重叠部分延伸至所述电极集流体的外部，并且
所述涂覆区域的横向长度与所述电极接片重叠部分的长度相同，并且所述非涂覆区域的横向长度与所述电极接片延伸部分的长度相同。
14.根据权利要求10所述的电极组件制造方法，其中，
所述电极接片与所述电极集流体的一个表面的粘附将所述电极接片粘附至所述电极集流体的一个表面中的未形成所述电极活性材料层的非涂覆区域。
15.根据权利要求10所述的电极组件制造方法，其中，
所述导电性粘合剂溶液以浆料型式制造为还包括导电性材料和粘合剂材料。
16.根据权利要求10所述的电极组件制造方法，其中，
当所述气体产生材料达到分解电压时产生气体，使得所述导电性粘合剂部分的体积增大。
17.根据权利要求16所述的电极组件制造方法，其中，
所述分解电压是4.5V或更大的电压。
18.根据权利要求10所述的电极组件制造方法，其中，
所述气体产生材料包括Li2CO3、K2CO3、CaCO3、BaCO3和SrCO3中的至少一者。
19.根据权利要求10所述的电极组件制造方法，其中，
所述导电性粘合剂部分的厚度为10微米或更小。
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