CN116420276A - 包括形成有绝缘涂层的隔膜的二次电池的单元电芯及其制造方法 - Google Patents

包括形成有绝缘涂层的隔膜的二次电池的单元电芯及其制造方法 Download PDF

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Abstract

根据本实施方式的一种二次电池的单元电芯，包括：电极板和隔膜，在所述电极板中形成有接头，其中，所述隔膜在基板的至少一个表面上包括第一涂覆单元和第二涂覆单元，在所述第一涂覆单元中，形成有机/无机复合多孔涂层，在所述第二涂覆单元中，形成有绝缘涂层。

Description

包括形成有绝缘涂层的隔膜的二次电池的单元电芯及其制造 方法
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年1月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0002664的权益，其全部内容通过引用并入本文。
本公开涉及一种二次电池的单元电芯及其制造方法，所述单元电芯包括其上形成有绝缘涂层的隔膜。
背景技术
由于化石燃料的使用的快速增长，对替代能量或清洁能量的使用的需求正在增加，并且作为其一部分，正被最活跃地研究的领域是使用电化学的发电和电力储存领域。
目前，二次电池是利用这种电化学能量的电化学装置的代表性示例，并且其使用范围趋于逐渐扩大。
近来，随着技术发展和对移动设备(如便携式计算机、便携式电话和相机)的需求的增加，对作为能源的二次电池的需求也急剧增加。在这些二次电池中，锂二次电池表现出高的充电/放电特性和寿命特性并且是环境友好的，其中已经进行了许多研究并且其现在被商业化和广泛使用。
通常，通过将包括正极、负极和多孔隔膜的电极组件浸透非水电解液来制造二次电池。
此时，用电极活性材料涂覆诸如正极和负极的电极，以防止活性材料突出，然后将绝缘溶液涂覆到电极接头部分上，或者执行附接绝缘带的绝缘处理。
这样的绝缘处理是可以防止活性材料突出并减少Li镀等的过程，并且有助于提高电芯的安全性。
特别地，ESS(能量存储系统)电极通过在活性材料浆料的绝缘处理期间同时涂覆绝缘涂覆溶液来生产正极，并以与隔膜堆叠的形式形成二次电池的单元电芯。
这在下面的图1和图2中示出。
首先，参照图1，当涂覆正极浆料时，用绝缘涂覆溶液来涂覆接头部分，从而形成正极10，在活性材料层11和接头12之间的边界处向该正极10涂覆绝缘涂层13，该电极可以与隔膜20堆叠以制造单元电芯30。
另外，参照图1和图2，包括正极10和隔膜20(在单元电芯30上，绝缘涂层13形成在以这种方式制备的接头12部分上)的单元电芯30可以以与负极40和附加隔膜50一起堆叠的形式形成新的单元电芯60。
然而，当同时涂覆电极浆料和绝缘涂覆溶液时，具有这种构造的电极难以与绝缘涂覆溶液的排列相匹配，并且在该过程中，发生电极浆料的大量损失。
此外，即使当形成二次电池的单元电芯时，作为聚合物基底材料的隔膜在电极和隔膜堆叠时频繁地折叠，这对二次电池的安全性构成威胁。
因此，迫切需要开发一种能够通过形成绝缘涂层来确保二次电池的安全性同时解决这些问题的技术。
发明内容
技术问题
本公开已经被设计为解决上述问题和其他尚未解决的技术问题。
具体地，本公开的目的是提供一种二次电池的单元电芯及其制造方法，该单元电芯不仅解决了当涂覆绝缘涂覆溶液时难以匹配对齐并且因此发生电极损耗的问题，同时通过涂覆绝缘涂覆层提高二次电池的安全性，而且甚至可以防止隔膜的折叠问题。
技术方案
为了实现上述目的，根据本公开的一个方面，提供了一种二次电池的单元电芯，
该二次电池的单元电芯包括：电极板和隔膜，在所述电极板上形成有接头，
其中，所述隔膜包括第一涂覆部分和第二涂覆部分，在所述第一涂覆部分中，在基板的至少一个表面上形成有有机/无机复合多孔涂层，在所述第二涂覆部分上，形成有绝缘涂层。
在一个特定实施方式中，所述接头形成在所述电极板的一侧，所述第二涂覆部分基于所述接头的形成方向形成在所述隔膜的在与所述接头交叠的部分处的一端，所述第一涂覆部分在其余部分处与所述第二涂覆部分平行地形成，并且所述电极可以堆叠在所述隔膜上，使得所述接头位于所述隔膜的所述第二涂覆部分上。
在一个特定实施方式中，所述接头形成在所述电极板的一侧或两侧，所述第二涂覆部分基于所述接头的形成方向形成在所述隔膜的在与所述接头交叠的部分处的一端和所述隔膜的与其对应的另一端，所述第一涂覆部分在其余部分与所述第二涂覆部分平行地形成，并且所述电极堆叠在所述隔膜上，使得所述接头在一端或两端位于所述第二涂覆部分上。
另外，电极板可以是正极板。
在这种情况下，所述二次电池的单元电芯还包括负极板，并且所述隔膜插置在所述正极板和所述负极板之间。
此时，所述负极板在四侧的尺寸可以大于所述正极板。
此外，与隔膜类似，所述二次电池的单元电芯还包括附加隔膜，所述附加隔膜包括第一涂覆部分和第二涂覆部分，并且所述附加隔膜可以堆叠在所述正极板或所述负极板的所述隔膜不面对的另一表面上。
此时，所述隔膜的所述第二涂覆部分和所述附加隔膜的所述第二涂覆部分可以彼此接合。
在一个具体实施方式中，绝缘涂层可以是包含PVdF类材料的聚合物涂层。
此外，根据本公开的另一方面，提供了包括二次电池的单元电芯的电极组件，以及包括该电极组件和锂盐非水电解液的锂二次电池。
根据本公开的又一方面，提供了一种制造二次电池的单元电芯的方法，
该方法包括以下步骤：
(a)制备形成有接头的电极板；
(b)在基板的至少一个表面上形成有机/无机复合多孔涂层的第一涂覆部分和绝缘涂层的第二涂覆部分以制备隔膜；以及
(c)堆叠所述电极和所述隔膜。
所述第一涂覆部分和所述第二涂覆部分可以通过同时涂覆而形成。
附图说明
图1是用于二次电池的常规单元电芯的制造工艺的示意图；
图2是图1的单元电芯的截面图；
图3是根据本公开的实施方式的二次电池的单元电芯的制造工艺的示意图和截面图；
图4是根据本公开的另一实施方式的二次电池的单元电芯的制造工艺的示意图和截面图；
图5是根据本公开的另一实施方式的二次电池的单元电芯的制造工艺的示意图和截面图；
图6是根据本公开的另一实施方式的二次电池的单元电芯的截面图；以及
图7是根据本公开的另一实施方式的二次电池的单元电芯的截面图。
具体实施方式
在下文中，为了更好地理解本公开，将更详细地描述本公开。
在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应当被解释为限于普通或字典术语，并且本公开应当基于发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳方式适当地描述他们自己的公开的原理被解释为具有与本公开的技术思想一致的含义和概念。
本文提供的技术术语仅用于描述特定实施方式的目的，并且不旨在限制本公开。单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。
这里使用的术语“包括”或“包含”指定特定的特征、整数、步骤、动作、组件或其组合，但不排除存在或添加不同的特定特征、整数、步骤、组件和/或其组合。
根据本公开的一个实施方式，
提供了一种二次电池的单元电芯，包括：
电极板和隔膜，在所述电极板上形成有接头，
其中，所述隔膜包括第一涂覆部分和第二涂覆部分，在所述第一涂覆部分中，在基板的至少一个表面上形成有机/无机复合多孔涂层，在所述第二涂覆部分上，形成绝缘涂层。
这里，“单电芯”是指用于制造二次电池的电极组件的部分构造。换句话说，它也可以指用于制造诸如堆叠-折叠型或L&S(层压和堆叠)型的电极组件的单独构件，即，诸如双电芯或全电芯的单元电芯，但是在所有类型的电极组件中，它也指形成电极组件的部件。因此，当有机/无机复合多孔涂层的第一涂覆部分和绝缘涂层的第二涂覆部分形成在整个电极组件的至少一个隔膜上时，其包括在本公开的范围内。
第一涂覆部分和第二涂覆部分的形成位置不受限制，只要第二涂覆部分位于形成电极板的接头的位置处即可。
例如，接头形成在电极板的一侧，第二涂覆部分基于接头的形成方向在与接头交叠的部分处形成在隔膜的一端，第一涂覆部分在剩余部分处平行于第二涂覆部分形成，并且电极堆叠在隔膜上，使得接头位于隔膜的第二涂覆部分上。
这种结构在图3中示意性地示出。
参照图3，二次电池的单元电芯100具有电极板110和隔膜120被堆叠的结构，所述电极板110具有形成在一侧上的接头111。
此时，在隔膜120中，绝缘涂层的第二涂覆部分123基于形成电极的接头111的方向在隔膜的在与接头111交叠的部分处的一端，形成在基板121上，并且有机/无机复合多孔涂层的第一涂覆部分122平行于第二涂覆部分123形成在基板121上。
并且，当在形成有接头111的电极板110和隔膜120被堆叠时，接头111位于隔膜120的第二涂覆部分123上。
因此，即使在形成有接头111的电极板110上没有形成绝缘涂层，也可以通过在隔膜120上形成绝缘涂层来确保电池单元安全性的效果。
另选地，在所述电极板的一侧或两侧形成所述接头，基于所述接头的形成方向在所述隔膜的在与所述接头交叠的部分处的一端和所述隔膜的在与其对应的另一端，形成所述第二涂覆部分，在所述剩余部分与所述第二涂覆部分平行地形成所述第一涂覆部。并且所述电极堆叠在所述隔膜上，使得所述接头在一端或两端处位于所述第二涂覆部分上。
这种结构在图4和图5中示意性地示出。
首先，参照图4，二次电池的单元电芯200具有这样的结构，即，具有形成在一侧的接头211的电极板210和隔膜220被堆叠。
此时，在隔膜220中，绝缘涂层的第二涂覆部分223基于形成接头211的方向在隔膜的在与接头交叠的部分处的一端以及在隔膜的与之对应的另一端处形成在基材221上，有机/无机复合多孔涂层的第一涂覆部分222与第二涂覆部分223在其余部分处平行地形成在基板221上。
并且，当形成有接头211的电极板210和隔膜220被堆叠时，接头211位于隔膜220一端的第二涂覆部分223上。
此外，参照图5，二次电池的单元电芯300具有这样的结构，即，具有形成在其两侧上的接头311和312的电极板310和隔膜320被堆叠。
此时，在隔膜320中，基于形成电极的接头311和312的方向在隔膜的与接头311和312交叠的一端和另一端，绝缘涂层的第二涂覆部分323形成在基板321上，并且在剩余部分处，有机/无机复合多孔涂层的第一涂覆部分322平行于第二涂覆部分323形成在基板321上。
此外，当在形成有接头311和312的电极板310和隔膜320被堆叠时，接头311和312位于隔膜320的两端处的第二涂覆部分323上。
因此，在任一情况下，不仅绝缘涂层的第二涂覆部分被包括在隔膜与接头相交的部分处，从而确保电池单元安全的效果，而且在用于制造电极板的浆料涂覆期间不执行绝缘涂覆，从而防止由于对齐缺陷而导致的电极浆料的损失。
此时，第一涂覆部分的有机/无机复合多孔涂层与通常称为SRS的隔膜的涂层相同，并且例如，其可包括无机颗粒和结合剂聚合物。
无机颗粒可以是例如介电常数为1或更大、5或更大、优选10或更大的高介电常数无机颗粒，具有压电性的无机颗粒、具有锂离子传输能力的无机颗粒或其混合物。
结合剂聚合物可包括但不限于聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-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、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、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、聚酰亚胺或其混合物。具有上述性质的任何材料可以单独使用或组合使用。
第二涂覆部分不受限制，只要其包括具有绝缘特性的材料即可，但可以是具有绝缘特性的聚合物涂层，并且例如，其可以包括热塑性树脂，并且可以包括聚酯树脂、聚烯烃树脂、乙烯共聚物树脂、聚偏二氟乙烯(PVdF)类材料，并且具体地，其可以是包括PVdF类材料的聚合物涂层。
另外，二次电池的单元电芯的电极板可以是正极板或负极板。然而，电极电池电芯安全性的问题主要是负极形成为大于正极，并且与负极分离的锂形成为从正极突出的形式，由此包括形成有绝缘涂层的隔膜的单元电芯的电极板具体可以是正极板。
此外，二次电池的单元电芯可以不具有包括一个电极板和一个隔膜的形式，而是可以是包括两个或更多个电极板的形式或包括两个或更多个隔膜的形式。
如上所述，当电极板是正极板时，二次电池的单元电芯还包括负极板，并且可以具有隔膜插置在正极板和负极板之间的结构。
相反，当电极板是负极板时，二次电池的单元电芯还包括正极板，并且可以具有隔膜插置在正极板和负极板之间的结构。
此时，如上所述，负极板在四侧的尺寸可以大于正极板。
此外，二次电池的单元电芯还包括附加隔膜，该附加隔膜包括类似于隔膜的第一涂覆部分和第二涂覆部分，并且附加隔膜可以堆叠在正极板或负极板的隔膜不面对的另一表面上。
具有这种结构的示意图在下面的图6和图7中示出。
首先，参照图6，二次电池的单元电芯400包括具有形成在一侧的接头411的正极板410、在基板421上的有机/无机复合多孔涂层的第一涂覆部分422，以及在其上形成有绝缘涂层的第二涂覆部分423的隔膜420。此外，类似于隔膜420和具有形成在其一侧的接头431的负极板430，包括其上形成有基板441、第一涂覆部分442和第二涂覆部分443的附加隔膜440。
这里，隔膜420置于正极板410和负极板430之间，并且附加隔膜440堆叠在负极板430的隔膜420不面对的另一表面上。
此时，隔膜420的第二涂覆部分423和附加隔膜440的第二涂覆部分443可以是如上所述的聚合物涂层，具体地，它可以是包括PVdF类材料的聚合物涂层。
因此，隔膜420的第二涂覆部分423和附加隔膜440的第二涂覆部分443通过层压等彼此接合，并具有优异的粘合力。因此，随后，可以最小化诸如隔膜折叠的问题，并且可以进一步提高电池安全性。
参照图7，二次电池的单元电芯500包括具有形成在一侧的接头511的正极板510、隔膜520、具有形成在一侧的接头531的负极板530、以及具有与隔膜520相同结构的隔膜540。
此时，与图6的区别在于，隔膜520的第二涂覆部分523和附加隔膜540的第二涂覆部分543形成在两端。在这种情况下，可以进一步有效地解决折叠隔膜的问题。
当然，隔膜的一部分具有仅形成在一端的第二涂覆部分，并且第二涂覆部分形成在剩余隔膜的两端上的组合结构也包括在本公开的范围内。
另外，根据本公开的另一实施方式，
提供了一种制造二次电池的单元电芯的方法，该方法包括以下步骤：
(a)制备形成有接头的电极板；
(b)在所述基板的至少一个表面上形成有机/无机复合多孔涂层的第一涂覆部分和绝缘涂层的第二涂覆部分以制备隔膜；以及
(c)堆叠所述电极和所述隔膜；
其中，所述第一涂覆部分和所述第二涂覆部分通过同时涂覆而形成。
在这种情况下，电极板可以是正极板或负极板，并且可以通过在集流体上涂覆、干燥和轧制电极浆料来制备。
由于具体的工艺和材料是本领域已知的，因此在此省略其详细描述，并且本公开可以应用于具有本领域已知的构造的电极板。
随后，对于上面制造的隔膜，可以分别形成第一涂覆部分和第二涂覆部分，但是考虑到制造效率、可加工性等，第一涂覆部分和第二涂覆部分可以通过同时涂覆形成。
涂覆方法可包括所有常规已知的涂覆方法，例如，可通过诸如模涂、喷墨印刷、喷涂、刮涂等方法进行。
因此，当形成有机/无机复合多孔涂层时，也可以形成绝缘涂层，并且其可以通过简单的方法形成，而不需要单独的工艺。
有机/无机复合多孔涂层和绝缘涂层的具体材料与上述相同。
随后，电极和隔膜可以被堆叠或层压。
此外，二次电池的单元电芯可通过在其中包含另外的电极板和另外的隔膜并堆叠和层压它们来制造。
另外，根据本公开的另一实施方式，提供了包括二次电池的单元电芯的电极组件，以及包含电极组件和锂盐非水电解液的锂二次电池。
由于上述结构是传统上公知的，因此在此省略其具体描述。
在本公开所属领域中具有普通知识的任何人员可以基于上述内容在本公开的范围内进行各种应用和修改。
工业实用性
如上所述，根据本公开的实施方式的二次电池的单元电芯被配置为使得绝缘涂层形成在隔膜上而不是电极上，并且因此具有通过形成绝缘涂层来确保期望的电池电芯安全性的效果，而不会在形成绝缘涂层的涂覆期间匹配对齐时发生电极浆料损失。
此外，将作为聚合物涂层的绝缘涂层涂覆到隔膜上，由此可以提高两端的隔膜之间的粘合力，从而可以减少隔膜的折叠问题。

Claims (13)

1.一种二次电池的单元电芯，该二次电池的单元电芯包括：
电极板和隔膜，在所述电极板上形成有接头，
其中，所述隔膜包括第一涂覆部分和第二涂覆部分，在所述第一涂覆部分中，在基板的至少一个表面上形成有有机/无机复合多孔涂层，在所述第二涂覆部分上，形成有绝缘涂层。
2.根据权利要求1所述的二次电池的单元电芯，其中，
所述接头形成在所述电极板的一侧，所述第二涂覆部分基于所述接头的形成方向形成在所述隔膜的在与所述接头交叠的部分处的一端，所述第一涂覆部分在其余部分处与所述第二涂覆部分平行地形成，并且所述电极堆叠在所述隔膜上，使得所述接头位于所述隔膜的所述第二涂覆部分上。
3.根据权利要求1所述的二次电池的单元电芯，其中，
所述接头形成在所述电极板的一侧或两侧，所述第二涂覆部分基于所述接头的形成方向形成在所述隔膜的在与所述接头交叠的部分处的一端和所述隔膜的与其对应的另一端，所述第一涂覆部分在其余部分与所述第二涂覆部分平行地形成，并且所述电极堆叠在所述隔膜上，使得所述接头在一端或两端位于所述第二涂覆部分上。
4.根据权利要求1所述的二次电池的单元电芯，其中，
所述电极板是正极板。
5.根据权利要求4所述的二次电池的单元电芯，其中，
所述二次电池的单元电芯还包括负极板，并且所述隔膜插置在所述正极板和所述负极板之间。
6.根据权利要求5所述的二次电池的单元电芯，其中，
所述负极板在四侧的尺寸大于所述正极板。
7.根据权利要求5所述的二次电池的单元电芯，其中，
与隔膜类似，所述二次电池的单元电芯还包括附加隔膜，所述附加隔膜包括第一涂覆部分和第二涂覆部分，并且所述附加隔膜堆叠在所述正极板或所述负极板的所述隔膜不面对的另一表面上。
8.根据权利要求7所述的二次电池的单元电芯，其中，
所述隔膜的所述第二涂覆部分和所述附加隔膜的所述第二涂覆部分彼此接合。
9.根据权利要求1所述的二次电池的单元电芯，其中，
所述绝缘涂层是包含PVdF类材料的聚合物涂层。
10.一种电极组件，该电极组件包括根据权利要求1至9中任一项所述的二次电池的单元电芯。
11.一种锂二次电池，该锂二次电池包括根据权利要求10所述的电极组件和锂盐非水电解液。
12.一种制造根据权利要求1所述的二次电池的单元电芯的方法，该方法包括以下步骤：
(a)制备形成有接头的电极板；
(b)在基板的至少一个表面上形成有机/无机复合多孔涂层的第一涂覆部分和绝缘涂层的第二涂覆部分以制备隔膜；以及
(c)堆叠所述电极和所述隔膜。
13.根据权利要求12所述的制造二次电池的单元电芯的方法，其中，
所述第一涂覆部分和所述第二涂覆部分通过同时涂覆而形成。
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