ES3057620T3 - Electrode assembly including disconnection preventing layer and method for manufacturing the same - Google Patents

Electrode assembly including disconnection preventing layer and method for manufacturing the same

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ES3057620T3
ES3057620T3 ES21854633T ES21854633T ES3057620T3 ES 3057620 T3 ES3057620 T3 ES 3057620T3 ES 21854633 T ES21854633 T ES 21854633T ES 21854633 T ES21854633 T ES 21854633T ES 3057620 T3 ES3057620 T3 ES 3057620T3
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Ju Nam Son
Jin Soo Kim
Su Deok Kim
Seung Su Lee
Min Geun Kim
Jeong Hun Ju
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LG Energy Solution Ltd
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Abstract

La presente invención se refiere a un conjunto de electrodos que comprende un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador interpuesto entre ambos. El electrodo positivo comprende una capa de material activo formada sobre un colector de corriente del electrodo positivo. El electrodo negativo comprende una capa de material activo formada sobre un colector de corriente del electrodo negativo. Una porción sin recubrimiento está formada en el borde del colector de corriente del electrodo negativo. Una capa antidesconexión, formada mediante la flexión horizontal del colector de corriente del electrodo negativo extendido, está incluida en el exterior de la porción sin recubrimiento. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Conjunto de electrodos que incluye una capa de antidesconexión y método para fabricar el mismo
[0003] [Campo técnico]
[0004] Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad basado en la solicitud de patente coreana n.º 10-2020-0096593, presentada el 3 de agosto de 2020.
[0005] La presente invención se refiere a un conjunto de electrodos que incluye una capa de antidesconexión y a un método de fabricación del mismo, y más particularmente, a un conjunto de electrodos que incluye una capa de antidesconexión formada doblando de manera horizontal un colector de corriente de electrodo negativo extendido, y a un método de fabricación del mismo
[0006] [Antecedentes de la técnica]
[0007] Recientemente, se han usado ampliamente baterías secundarias capaces de cargarse y descargarse como fuentes de energía de dispositivos móviles inalámbricos. Además, la batería secundaria ha llamado la atención como fuente de energía de un vehículo eléctrico, un vehículo híbrido eléctrico, etc., que se proponen como solución para la contaminación del aire de vehículos de gasolina y vehículos diésel existentes que usan combustibles fósiles. Por tanto, los tipos de aplicaciones que usan la batería secundaria están actualmente muy diversificados debido a las ventajas de la batería secundaria, y se espera que la batería secundaria se aplique a muchos campos y productos en el futuro.
[0008] Tales baterías secundarias pueden clasificarse en baterías de iones de litio, baterías de iones de litio-polímero, baterías de litio-polímero, etc., dependiendo de la composición del electrodo y el electrolito, y entre las mismas, está aumentando la cantidad de uso de baterías de iones de litio-polímero que es menos probable que presenten fugas de electrolito y son más fáciles de fabricar. En general, las baterías secundarias se clasifican en baterías cilíndricas y baterías prismáticas en las que un conjunto de electrodos está incorporado en una lata de metal cilíndrica o rectangular, dependiendo de la conformación de una carcasa de batería, y baterías de tipo bolsa en las que el conjunto de electrodos está incorporado en una carcasa de tipo bolsa de una hoja laminada de aluminio. El conjunto de electrodos incorporado en la carcasa de batería está compuesto por un electrodo positivo, un electrodo negativo, y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y es un elemento de generación de potencia capaz de cargar y descargar. El conjunto de electrodos se clasifica en un tipo enrollado en espiral con un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo que tienen forma de lámina larga y están recubiertos con materiales activos, y un tipo de apilamiento en el que una pluralidad de electrodos positivos y electrodos negativos de un tamaño predeterminado están apilados secuencialmente mientras que un separador está interpuesto entre los mismos.
[0009] La figura 1 es una vista en sección transversal que muestra una estructura de laminación de un conjunto de electrodos convencional y un estado en el que se ha producido una desconexión en un colector de corriente de electrodo negativo.
[0010] Haciendo referencia a la figura 1, un conjunto 10 de electrodos convencional tiene una estructura en la que un separador 3 está interpuesto entre un electrodo 1 positivo y un electrodo 2 negativo.
[0011] Mientras tanto, cuando una batería secundaria que incluye tal conjunto de electrodos se carga/descarga repetidamente, el electrodo positivo y el electrodo negativo en el conjunto de electrodos se contraen y expanden repetidamente. En particular, en un conjunto de electrodos general, puede establecerse la longitud del electrodo positivo para que sea menor que la del electrodo negativo. En este caso, a medida que el electrodo positivo se contrae y expande repetidamente, el electrodo negativo que está orientado hacia el electrodo positivo teniendo el separador entre los mismos, recibe repetidamente tensión. Cuando se acumula fatiga por tal tensión, puede producirse una desconexión por una grieta en una porción de colector de corriente de electrodo negativo orientada hacia el extremo del electrodo positivo tal como se muestra en la figura 1. En este caso, a medida que se interrumpe el flujo de la corriente hacia la lengüeta de electrodo negativo en el colector de corriente, se interrumpe el funcionamiento normal de la batería. En particular, en el caso de una batería cilíndrica, puede haber un caso en el que no puede formarse una parte no recubierta en la porción de borde del electrodo positivo (es decir, un tipo de borde libre). En este caso, dado que la porción de borde del electrodo positivo es gruesa, aumenta la probabilidad de que se genere una grieta en el electrodo negativo.
[0012] Mientras tanto, la patente coreana n.º 10-1629498 divulga que una cinta de protección de borde puede estar unida al extremo de la capa de material activo de electrodo positivo con el fin de evitar la generación de un cortocircuito en el interior de la batería debido a la tensión por una diferencia gradual. En este caso, si se produce una desconexión en el colector de corriente del electrodo negativo por el cambio de volumen del electrodo positivo, puede interrumpirse el flujo de corriente en el electrodo negativo.
[0013] Por tanto, existe la necesidad de desarrollo de tecnología para resolver el problema.
[0014] El documento US 2009/280406 A1 se refiere a una batería secundaria concebida para lograr una alta potencia y, en particular, a una estructura colectora de corriente que tiene una baja resistencia adecuada para cargar y descargar una gran corriente eléctrica.
[0015] El documento CN 101 916 841 A se refiere a una batería de tipo laminado. Con respecto a la figura 1, el polo (electrodo) 10 negativo tiene un colector 8 de electrodo negativo y está formado en la superficie del colector 8 de electrodo negativo y comprende la capa 9 de material activo de ánodo de material de núcleo-envuelta activo negativo. El polo 6 positivo, el sustrato 7 dieléctrico y el polo 10 negativo están apilados en orden. Además, el sustrato 7 dieléctrico tiene y es adecuado para mantener la película de barrera de electrolito y permanece sobre el electrolito en la película de barrera.
[0016] [Divulgación]
[0017] [Problema técnico]
[0018] La presente invención se ha concebido para resolver los problemas, y un objetivo de la presente invención es proporcionar un conjunto de electrodos capaz de impedir el deterioro del rendimiento de una batería manteniendo la conexión eléctrica en un electrodo negativo incluso en el caso de que se produzca un fallo por fatiga en un electrodo negativo debido a un cambio en el volumen por contracción y expansión de un electrodo positivo, y un método de fabricación del mismo.
[0019] [Solución técnica]
[0020] En vista de lo anterior, la presente divulgación propone un conjunto de electrodos tal como se define por la reivindicación 1.
[0021] Un conjunto de electrodos según una realización de la presente invención incluye: un electrodo positivo; un electrodo negativo; y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, en el que el electrodo positivo incluye una capa de material activo de electrodo positivo formada en un colector de corriente de electrodo positivo, y el electrodo negativo incluye una capa de material activo de electrodo negativo formada en un colector de corriente de electrodo negativo, en el que se forma una parte no recubierta en un borde del colector de corriente de electrodo negativo, y en el que se forma una capa de antidesconexión a medida que el colector de corriente de electrodo negativo, que se extiende hasta un lado externo de la parte no recubierta, se dobla de manera horizontal. Además, la presente invención proporciona una batería secundaria que incluye el conjunto de electrodos descrito anteriormente.
[0022] Además, la presente invención proporciona un método de fabricar un conjunto de electrodos tal como se ha descrito anteriormente. El método incluye: una etapa de cortar un colector de corriente de electrodo negativo para tener una porción que se extiende una longitud predeterminada; una etapa de formar una capa de material activo de electrodo negativo en una porción, excepto la porción extendida una longitud predeterminada y la parte no recubierta; una etapa de formar una capa de antidesconexión doblando de manera horizontal la porción extendida la longitud predeterminada; y una etapa de fijar la capa de antidesconexión y el colector de corriente soldando un extremo opuesto de la porción doblada de manera horizontal.
[0023] [Efectos ventajosos]
[0024] Según un conjunto de electrodos de la presente invención, formando una capa de antidesconexión en una superficie de una parte no recubierta doblando de manera horizontal un colector de corriente de electrodo negativo que se ha extendido hasta un lado externo de la parte no recubierta, es posible impedir el deterioro del rendimiento de una batería manteniendo la conexión eléctrica en un electrodo negativo a través de la capa de antidesconexión incluso cuando se produce desconexión en una porción orientada hacia el borde de electrodo positivo del colector de corriente de electrodo negativo debido a la expansión en volumen del electrodo positivo.
[0025] [Breve descripción de los dibujos]
[0026] La figura 1 es una vista en sección transversal que muestra una estructura de laminación de un conjunto de electrodos convencional y un estado en el que se ha producido una desconexión en un colector de corriente de electrodo negativo.
[0027] La figura 2 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura laminada de un conjunto de electrodos según una realización de la presente invención.
[0028] La figura 3 es una vista en sección transversal que ilustra un estado en el que se ha producido una desconexión en un conjunto de electrodos según una realización de la presente invención.
[0029] La figura 4 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura laminada de un conjunto de electrodos según otra realización de la presente invención.
[0030] La figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra una estructura de una batería que incluye un conjunto de electrodos según una realización de la presente invención.
[0031] La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra el orden del método de fabricar un conjunto de electrodos según la presente invención.
[0032] La figura 7 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de fabricación de un electrodo negativo en un método para fabricar un conjunto de electrodos según la presente invención.
[0033] [Descripción detallada de las realizaciones preferidas]
[0034] Un conjunto de electrodos según una realización de la presente invención incluye: un electrodo positivo; un electrodo negativo; y un separador interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo, en el que el electrodo positivo incluye una capa de material activo de electrodo positivo formada en un colector de corriente de electrodo positivo, y el electrodo negativo incluye una capa de material activo de electrodo negativo formada en un colector de corriente de electrodo negativo, en el que se forma una parte no recubierta en un borde del colector de corriente de electrodo negativo, y en el que se forma una capa de antidesconexión a medida que el colector de corriente de electrodo negativo, que se extiende hasta un lado externo de la parte no recubierta, se dobla de manera horizontal. En una realización de la presente invención, se forma una lengüeta de electrodo negativo en otra superficie de la parte no recubierta donde está formada la capa de antidesconexión en la misma.
[0035] En una realización de la presente invención, se forma una porción soldada para conectar la capa de antidesconexión con la parte no recubierta en un extremo opuesto de la porción doblada de manera horizontal.
[0036] En una realización de la presente invención, la capa de material activo de electrodo negativo incluye una primera capa de material activo de electrodo negativo orientada hacia el electrodo positivo teniendo un separador entre los mismos, y una segunda capa de material activo de electrodo negativo formada en una superficie opuesta de una superficie donde está formada la primera capa de material activo de electrodo negativo.
[0037] En un ejemplo específico, una longitud de la primera capa de material activo de electrodo negativo es mayor que la de la segunda capa de material activo de electrodo negativo.
[0038] En un ejemplo específico, una distancia entre un extremo de la primera capa de material activo de electrodo negativo y un extremo del conjunto de electrodos es menor que una distancia entre un extremo de la capa de material activo de electrodo positivo y el extremo del conjunto de electrodos, y una distancia entre un extremo de la segunda capa de material activo de electrodo negativo y el extremo del conjunto de electrodos es mayor que una distancia entre el extremo de la capa de material activo de electrodo positivo y el extremo del conjunto de electrodos. En un ejemplo específico, la capa de antidesconexión se forma en una superficie donde está formada la segunda capa de material activo de electrodo negativo, y la capa de antidesconexión está separada de la segunda capa de material activo de electrodo negativo una distancia predeterminada.
[0039] En un ejemplo específico, una distancia entre la porción soldada y el extremo del conjunto de electrodos es mayor que el extremo de la capa de material activo de electrodo positivo y el extremo del conjunto de electrodos.
[0040] En un ejemplo específico, el conjunto de electrodos según la presente invención incluye además una porción de unión formada entre la parte no recubierta y la capa de antidesconexión.
[0041] En un ejemplo específico, el electrodo positivo, el electrodo negativo, y el separador se enrollan en una conformación enrollada en espiral después de laminarse.
[0042] Además, la presente invención proporciona una batería secundaria que incluye el conjunto de electrodos descrito anteriormente.
[0043] Además, la presente invención proporciona un método de fabricar un conjunto de electrodos tal como se ha descrito anteriormente. El método incluye: una etapa de cortar un colector de corriente de electrodo negativo para tener una porción que se extiende una longitud predeterminada; una etapa de formar una capa de material activo de electrodo negativo en una porción, excepto la porción extendida una longitud predeterminada y la parte no recubierta; una etapa de formar una capa de antidesconexión doblando de manera horizontal la porción extendida la longitud predeterminada; y una etapa de fijar la capa de antidesconexión y el colector de corriente soldando un extremo opuesto de la porción doblada de manera horizontal.
[0044] [Descripción detallada de las realizaciones preferidas]
[0045] A continuación en el presente documento, se describirá con detalle la presente invención con referencia a los dibujos. Los términos y expresiones usados en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitados a términos habituales o de diccionario y el inventor puede definir de manera apropiada el concepto de los términos para describir de la mejor manera su invención. Los términos y expresiones deben interpretarse como un significado y concepto compatibles con la idea técnica de la presente invención.
[0046] En esta solicitud, debe entenderse que términos tales como “incluir” o “tener” pretenden indicar que hay una característica, número, etapa, operación, componente, parte, o una combinación de los mismos descritos en la memoria descriptiva, y no excluyen de antemano la posibilidad de la presencia o adición de una o más características o números, etapas, operaciones, componentes, partes, o combinaciones de los mismos. Además, cuando se hace referencia a que una porción tal como una capa, una película, un área, una placa, etc. está “sobre” otra porción, esto incluye no sólo el caso en el que la porción está “directamente sobre” la otra porción sino también el caso en el que otra porción adicional está interpuesta entre las mismas. Por otro lado, cuando se hace referencia a que una porción tal como una capa, una película, un área, una placa, etc. se está “bajo” otra porción, esto incluye no sólo el caso en el que la porción está “directamente bajo” la otra porción, sino también el caso en el que otra porción adicional está interpuesta entre las mismas. Además, estar dispuesto “sobre” en la presente solicitud puede incluir el caso dispuesto en la parte inferior así como en la parte superior.
[0047] A continuación en el presente documento, se describirá con detalle la presente invención con referencia a los dibujos.
[0048] La figura 2 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura laminada de un conjunto de electrodos según una realización de la presente invención.
[0049] Haciendo referencia a la figura 2, un conjunto 100 de electrodos según una realización de la presente invención incluye un electrodo 100 positivo; un electrodo 120 negativo; y un separador 130 interpuesto entre el electrodo 110 positivo y el electrodo 120 negativo. En el presente documento, el electrodo 110 positivo incluye una capa 112 de material activo de electrodo positivo formada en un colector 111 de corriente de electrodo positivo, y el electrodo 120 negativo incluye una capa 122 de material activo de electrodo negativo formada en un colector 121 de corriente de electrodo negativo, se forma una parte 125 no recubierta en un borde del colector 121 de corriente de electrodo negativo, y se forma una capa 140 de antidesconexión cuando el colector 121 de corriente de electrodo negativo, que se extiende hasta un lado externo de la parte 125 no recubierta, se dobla de manera horizontal. A saber, en la presente invención, la capa 140 de antidesconexión significa una capa metálica que se forma en una superficie de la parte 125 no recubierta como parte del colector 121 de corriente de electrodo negativo.
[0050] Tal como se ha descrito anteriormente, en el caso de que la batería secundaria que incluye tal conjunto de electrodos se cargue y descargue repetidamente, a medida que el electrodo positivo se contrae y se expande repetidamente, el electrodo negativo orientado hacia el electrodo positivo teniendo el separador entre los mismos recibe repetidamente tensión. Cuando se acumula fatiga por tal tensión, puede producirse una desconexión por una grieta en una porción de colector de corriente de electrodo negativo orientada hacia el extremo del electrodo positivo tal como se muestra en la figura 1. En este caso, a medida que se interrumpe el flujo de la corriente hacia la lengüeta de electrodo negativo en el colector de corriente, se interrumpe el funcionamiento normal de la batería. Como tal, según un conjunto de electrodos de la presente invención, formando una capa de antidesconexión en una superficie de una parte no recubierta doblando de manera horizontal un colector de corriente de electrodo negativo que se ha extendido hasta un lado externo de la parte no recubierta, es posible impedir el deterioro del rendimiento de una batería manteniendo la conexión eléctrica en un electrodo negativo a través de la capa de antidesconexión incluso cuando se produce desconexión en el colector de corriente de electrodo negativo debido a la expansión en volumen del electrodo positivo.
[0051] Más adelante en el presente documento, se describirá con detalle la configuración del conjunto de electrodos según la presente invención.
[0052] Haciendo referencia a la figura 2, un conjunto 100 de electrodos según una realización de la presente invención incluye un electrodo 110 positivo, un electrodo 120 negativo, y un separador 130 interpuesto entre el electrodo 110 positivo y el electrodo 120 negativo.
[0053] Por otro lado, la figura 2 muestra sólo una estructura de laminación cerca del extremo (A) del conjunto de electrodos en todo el conjunto de electrodos. En este momento, en la presente invención, el extremo (A) del conjunto de electrodos corresponde a la porción de borde más exterior del conjunto de electrodos y significa una porción de extremo de una capa que sobresale hacia el lado más exterior entre el electrodo positivo, el electrodo negativo y el separador. Haciendo referencia a la figura 2, entre el separador, el electrodo positivo y el electrodo negativo, el separador o el electrodo negativo sobresale hacia el lado más exterior. Por tanto, el extremo del conjunto de electrodos corresponde al extremo del separador o al extremo del electrodo negativo.
[0054] Además, haciendo referencia a la figura 2, el electrodo 110 positivo tiene una estructura en la que se forma una capa 112 de material activo de electrodo positivo como una suspensión de electrodo positivo que contiene un material activo de electrodo positivo que se aplica sobre un colector 111 de corriente de electrodo positivo. En este momento, la capa 112 de material activo de electrodo positivo puede formarse en ambas superficies del colector 111 de corriente de electrodo positivo. Además, en el conjunto de electrodos según la presente invención, el electrodo 110 positivo tiene una estructura en la que no se ha formado una parte no recubierta en el borde del electrodo 110 positivo como una forma de borde libre. En este caso, la parte no recubierta (no mostrada) del electrodo positivo se ha formado en la porción central del electrodo positivo, y la lengüeta del electrodo positivo (no mostrada) puede formarse en la parte no recubierta. Un extremo de la lengüeta de electrodo positivo puede estar unido y fijado en la parte no recubierta, y el otro extremo de la lengüeta de electrodo positivo puede sobresalir del conjunto de electrodos. Los detalles sobre los materiales que constituyen el colector de corriente de electrodo positivo y el material activo de electrodo positivo los conocen los expertos en la técnica, de modo que se omite la descripción detallada de los mismos en este caso.
[0055] Además, el separador 130 separa eléctricamente el electrodo 110 positivo del electrodo 120 negativo y puede estar formado por un material que tiene microporos uniformes a través de los cuales pueden conducirse iones de litio. Como separador, por ejemplo, puede usarse una película multicapa, que está realizada de polietileno y polipropileno que tienen microporosidad, o una combinación de los mismos, o una película polimérica para un electrolito de polímero de tipo en gel o un electrolito de polímero sólido tal como poli(fluoruro de vinilideno), poli(óxido de etileno), poliacrilonitrilo, o copolímero de poli(fluoruro de vinilideno)-hexafluoropropileno, y otros detalles los conoce bien un experto en la técnica y, por tanto, se omite la descripción detallada de los mismos en este caso.
[0056] Un electrodo 120 negativo tiene una estructura en la que se forma una capa 122 de material activo de electrodo negativo como una suspensión de electrodo negativo que contiene un material activo de electrodo negativo que se aplica sobre un colector 121 de corriente de electrodo negativo. Una parte 125 no recubierta, donde no se ha formado una capa de material activo de electrodo negativo, se forma en el borde del electrodo 120 negativo.
[0057] Una capa 140 de antidesconexión se forma en una superficie de la parte 125 no recubierta. Tal como se ha descrito anteriormente, la capa 140 de antidesconexión es para la conexión eléctrica del colector 121 de corriente de electrodo negativo en el momento de una desconexión del colector 121 de corriente de electrodo negativo.
[0058] La capa 140 de antidesconexión se forma a medida que el colector 121 de corriente de electrodo negativo, que se extiende hacia el lado externo de la parte 125 no recubierta, se dobla de manera horizontal. En este momento, con el fin de formar la capa 140 de antidesconexión, la longitud del colector 121 de corriente de electrodo negativo, que se extiende hacia el lado externo de la parte 125 no recubierta, puede ser la misma que la longitud de la capa 140 de antidesconexión deseada. En la presente memoria descriptiva, la longitud del colector de corriente de electrodo negativo, etc. se mide basándose en la dirección en la que se extiende el colector de corriente de electrodo negativo, etc., y esta dirección es la misma dirección en la que se enrolla el conjunto de electrodos cuando se usa una conformación enrollada en espiral, enrollando el conjunto de electrodos.
[0059] Es decir, en el conjunto 100 de electrodos según la presente invención, el colector de corriente que constituye la parte 125 no recubierta del electrodo negativo puede formarse como una estructura de dos capas. En este momento, la capa 140 de antidesconexión puede integrarse con el colector 121 de corriente de electrodo negativo formando la capa 140 de antidesconexión doblando de manera horizontal el colector 121 de corriente de electrodo negativo. Como tal, puede impedirse que la capa 140 de antidesconexión se separe de la parte 125 no recubierta del colector 121 de corriente de electrodo negativo.
[0060] Además, es posible omitir el proceso de disponer la parte 125 no recubierta y la capa 140 de antidesconexión para unir la capa 140 de antidesconexión en la parte 125 no recubierta y unir ambos extremos de la capa 140 de antidesconexión en la parte 125 no recubierta formando la capa 140 de antidesconexión doblando de manera horizontal el colector 121 de corriente de electrodo negativo. Como tal, pueden mejorarse la productividad y la eficiencia del proceso.
[0061] Una lengüeta 126 de electrodo negativo está formada en la otra superficie de la parte 125 no recubierta donde la capa 140 de antidesconexión se ha formado encima. Un extremo de la lengüeta 126 de electrodo negativo puede estar unido y fijado en la parte 125 no recubierta, y el otro extremo de la lengüeta de electrodo positivo puede sobresalir del conjunto 100 de electrodos. La lengüeta 126 de electrodo negativo puede unirse y fijarse, por ejemplo, en la parte 125 no recubierta formada en el colector 121 de corriente de electrodo negativo mediante soldadura. Además, haciendo referencia a la figura 2, una porción 141 soldada para conectar la capa 140 de antidesconexión con la parte 125 no recubierta se forma en el extremo opuesto de la porción doblada de manera horizontal. Como tal, se forma una porción doblada de manera horizontal (B) en un extremo de la capa 140 de antidesconexión, se forma una porción 141 soldada en el extremo opuesto de la misma, y la capa 140 de antidesconexión se acopla con el colector 121 de corriente de electrodo negativo por la porción doblada de manera horizontal (B) y la porción 141 soldada.
[0062] Además, la capa 140 de antidesconexión puede garantizar conectividad eléctrica por la porción doblada de manera horizontal (B) y la porción 141 soldada.
[0063] La figura 3 es una vista en sección transversal que ilustra un estado en el que se ha producido una desconexión en un conjunto de electrodos según una realización de la presente invención.
[0064] Haciendo referencia a la figura 3, a medida que se repite la carga/descarga, se repiten la expansión y la contracción en volumen del electrodo 110 positivo. Como tal, se acumula fatiga en la porción orientada hacia el extremo del electrodo 110 positivo en el electrodo 120 negativo debido a la tensión por el cambio de volumen del electrodo positivo. Cuando se repite tal fenómeno, se produce una desconexión debida a una grieta en el colector 121 de corriente de electrodo negativo tal como se muestra en la figura 3. Sin embargo, el conjunto 100 de electrodos según la presente invención tiene una capa 140 de antidesconexión que está conectada eléctricamente al colector 121 de corriente de electrodo negativo por la porción doblada de manera horizontal (B) y la porción 141 soldada en una superficie de la parte 125 no recubierta del electrodo 120 negativo. Como tal, es posible garantizar una trayectoria conductora para derivar una porción (C) desconectada por una grieta. En este caso, la corriente desde la lengüeta 125 de electrodo negativo hasta la porción central del electrodo 120 negativo fluye en el orden de lengüeta 126 de electrodo negativo - parte 125 no recubierta - porción doblada de manera horizontal (B) - capa 140 de antidesconexión - porción 141 soldada - colector 121 de corriente de electrodo negativo tal como se muestra en la figura 3. A saber, aunque se bloquee un flujo de corriente continua a través del colector 121 de corriente de electrodo negativo debido a una grieta, es posible una derivación a través de la capa 140 de antidesconexión.
[0065] Además, cuando aumenta el volumen del electrodo 110 positivo, la porción a la que se aplica la mayor tensión en el colector 121 de corriente de electrodo negativo, es una porción (C) orientada hacia el extremo del electrodo positivo tal como se ha descrito anteriormente. A saber, en el conjunto de electrodos según la presente invención, la capa 122 de material activo de electrodo negativo y la capa 140 de antidesconexión pueden formarse en una forma predeterminada con el fin de garantizar la conexión eléctrica cuando se produce una desconexión en la porción (C). Por ejemplo, la capa 122 de material activo de electrodo negativo según la presente invención puede formarse en ambas superficies del colector 121 de corriente de electrodo negativo. Específicamente, la capa 122 de material activo de electrodo negativo incluye una primera capa 123 de material activo de electrodo negativo orientada hacia el electrodo 110 positivo teniendo un separador 130 entre los mismos, y una segunda capa 124 de material activo de electrodo negativo formada en una superficie opuesta de una superficie donde está formada la primera capa 123 de material activo de electrodo negativo.
[0066] En este momento, una longitud de la primera capa 123 de material activo de electrodo negativo es mayor que la de la segunda capa 122 de material activo de electrodo negativo. Como tal, haciendo referencia a las figuras 2 y 3, la distancia (d<1>) entre el extremo de la primera capa 123 de material activo de electrodo negativo y el extremo (A) del conjunto 100 de electrodos es menor que la distancia (d<2>) entre el extremo de la segunda capa 124 de material activo de electrodo negativo y el extremo del conjunto 100 de electrodos.
[0067] Además, en el conjunto 100 de electrodos, el extremo de la capa 112 de material activo de electrodo positivo está situado entre el extremo de la primera capa 123 de material activo de electrodo negativo y el extremo de la segunda capa 124 de material activo de electrodo negativo. Específicamente, haciendo referencia a las figuras 2 y 3, la distancia (d<1>) entre el extremo de la primera capa 123 de material activo de electrodo negativo y el extremo (A) del conjunto 100 de electrodos es menor que la distancia (d<3>) entre el extremo de la capa 112 de material activo de electrodo positivo y el extremo (A) del conjunto de electrodos, y la distancia (d<2>) entre el extremo de la segunda capa 124 de material activo de electrodo negativo y el extremo (A) del conjunto de electrodos es mayor que la distancia (d<3>) entre el extremo de la capa 112 de material activo de electrodo positivo y el extremo (A) del conjunto de electrodos. A través de esto, la capa 140 de antidesconexión puede formarse en la porción (C) donde se genera una grieta, que se describirá más adelante. Además, cuando el electrodo positivo tiene una estructura de borde libre donde no se ha formado una parte no recubierta en el borde como se muestra en las figuras 2 y 3, el extremo de la capa de material activo de electrodo positivo está en la misma ubicación que la del extremo del colector de corriente de electrodo positivo y el extremo del electrodo positivo.
[0068] Específicamente, la capa 140 de antidesconexión se forma en una superficie donde está formada la segunda capa 124 de material activo de electrodo negativo, y la capa 140 de antidesconexión está separada de la segunda capa 124 de material activo de electrodo negativo una distancia predeterminada. En el presente documento, la capa 140 de antidesconexión puede situarse para ser adyacente a la segunda capa 124 de material activo de electrodo negativo, dependiendo del electrodo. Como tal, se realiza una forma, en la que la capa 140 de antidesconexión cubre la porción (C) donde se genera una grieta.
[0069] En este momento, haciendo referencia a las figuras 2 y 3, la distancia (d<4>) entre la porción 141 soldada y el extremo (A) del conjunto 100 de electrodos es mayor que la distancia (d<3>) entre el extremo de la capa 112 de material activo de electrodo positivo y el extremo (A) del conjunto de electrodos. Como tal, al permitir que una porción que tiene una alta posibilidad de desconexión por una grieta (una porción adyacente al extremo de la capa de material activo de electrodo positivo, correspondiente a C) se sitúe entre la porción 141 soldada y la porción doblada de manera horizontal (B), cuando se produce realmente una desconexión por una grieta en la porción, es posible la conexión eléctrica a través de la capa 140 de antidesconexión.
[0070] La figura 4 es una vista en sección transversal que ilustra una estructura laminada de un conjunto de electrodos según otra realización de la presente invención.
[0071] Haciendo referencia a la figura 4, el conjunto 200 de electrodos según la presente invención puede incluir además una porción 142 de unión formada entre la parte 125 no recubierta y la capa 140 de antidesconexión.
[0072] En el conjunto 200 de electrodos según la presente invención, dado que la capa 140 de antidesconexión se forma doblando de manera horizontal el colector 121 de corriente de electrodo negativo extendido, la capa 140 de antidesconexión no está en contacto estrecho con el colector 121 de corriente de electrodo negativo, y pueden formarse huecos a intervalos regulares entre la capa 140 de antidesconexión y el colector 121 de corriente de electrodo negativo. Además, en el conjunto 200 de electrodos según la presente invención, la capa 140 de antidesconexión y el colector 121 de corriente de electrodo negativo se acoplan por la porción doblada de manera horizontal (B) y la porción 141 soldada. En el presente documento, puede concentrarse tensión, que se aplica externamente para la porción 141 soldada y, en el caso de que la porción 141 soldada se rompa por un cierto motivo, si se produce una desconexión, puede bloquearse la conexión eléctrica entre la capa 140 de antidesconexión y el colector 121 de corriente de electrodo negativo. Según el conjunto 200 de electrodos de la presente invención, es posible fijar de manera estable la porción entre el colector 121 de corriente de electrodo negativo y la capa 140 de antidesconexión formando además una porción 142 de unión en el hueco diferente de la porción 141 soldada.
[0073] El tipo de la porción 142 de unión no está particularmente limitado siempre que el colector 121 de corriente de electrodo negativo pueda acoplarse con la capa 140 de antidesconexión. Por ejemplo, la porción 142 de unión puede aplicarse en una porción entre el colector 121 de corriente de electrodo negativo y la capa 140 de antidesconexión en forma de un adhesivo. Además, la porción 142 de unión puede tener la forma de una cinta de doble cara en la que se ha aplicado un adhesivo en ambas superficies. Además, la porción 142 de unión puede formarse a través de una soldadura entre la capa 140 de antidesconexión y el colector 121 de corriente de electrodo negativo. En este momento, cuando la porción 142 de unión se forma mediante una soldadura, puede garantizarse una trayectoria conductora adicional entre la capa 140 de antidesconexión y el colector 121 de corriente de electrodo negativo. Además, incluso cuando la porción 142 de unión tiene la forma de adhesivo o una cinta de doble cara, puede garantizarse una trayectoria conductora entre la capa 140 de antidesconexión y el colector 121 de corriente de electrodo negativo usando una que tenga conductividad.
[0074] La forma, en la que se forma la porción 142 de unión, no está particularmente limitada, y la porción 142 de unión puede formarse en la totalidad o parte del espacio entre la porción doblada de manera horizontal (B) y la porción 141 soldada. Por ejemplo, puede formarse una porción de unión en la totalidad o parte del espacio entre la porción doblada de manera horizontal (B) y la porción 141 soldada tal como se muestra en la figura 4. Además, cuando la porción 142 de unión se forma mediante soldadura, puede formarse una pluralidad de partes 142 de unión soldando una porción entre la porción doblada de manera horizontal (B) y la porción 141 soldada a intervalos regulares. A saber, la porción 142 de unión se forma en un espacio entre la capa 140 de antidesconexión y el colector 121 de corriente de electrodo negativo y un espacio entre la porción doblada de manera horizontal (B) y la porción 141 soldada.
[0075] Mientras tanto, el electrodo 110 positivo, el electrodo 120 negativo, y el separador 130 pueden enrollarse en una conformación enrollada en espiral después de laminarse. En este momento, la capa 140 de antidesconexión del electrodo 120 negativo se sitúa en la porción más exterior del rollo en espiral, que se describirá más adelante.
[0076] Además, la presente invención proporciona una batería secundaria que incluye el conjunto de electrodos descrito anteriormente.
[0077] La figura 5 es un diagrama esquemático que ilustra una estructura de una batería secundaria que incluye un conjunto de electrodos según una realización de la presente invención.
[0078] Haciendo referencia a la figura 5, en la batería 300 secundaria, una carcasa 310 de batería, en la que se aloja un conjunto 100 de electrodos, puede incluir una lata 311 cilíndrica y un conjunto 312 de tapa que cubre la porción superior de la lata 311 cilíndrica. La lata 311 cilíndrica puede estar realizada de metal, preferiblemente realizada de acero inoxidable. Además, la lata 311 cilíndrica puede incluir una unidad de recepción en la que puede alojarse el conjunto 100 de electrodos, y la parte de extremo superior puede estar abierta.
[0079] El conjunto 100 de electrodos se enrolla y entonces se forma en una forma enrollada en espiral, que luego se aloja en una porción de recepción de la lata cilíndrica. Después de eso, se inyecta una disolución de electrolito en la porción de recepción de modo que el conjunto 100 de electrodos pueda sumergirse por completo en la lata 311 cilíndrica, y el conjunto 312 de tapa se monta en el extremo superior abierto de la lata 311 cilíndrica.
[0080] El conjunto 100 de electrodos tiene una estructura en la que un electrodo 110 positivo, un separador 130 y un electrodo 120 negativo se apilan secuencialmente y se enrollan en una conformación redonda, y puede insertarse un pasador central cilíndrico (no mostrado) en el centro del conjunto 100 de electrodos. El pasador central está realizado generalmente de un material metálico para conferir una resistencia predeterminada, y tiene una estructura cilíndrica hueca en la que una placa es redondeada.
[0081] Una placa 320 aislante está montada en la superficie superior del conjunto 100 de electrodos para impedir el contacto con la lengüeta de electrodo, impidiendo de ese modo un cortocircuito debido al contacto entre el conjunto 100 de electrodos y la lengüeta de electrodo.
[0082] Además, en el conjunto 100 de electrodos, el electrodo 110 positivo tiene una estructura en la que se forma una capa de material activo de electrodo positivo en ambas superficies del colector de corriente de electrodo positivo. Además, en el conjunto de electrodos, el electrodo positivo tiene una estructura en la que no se ha formado una parte no recubierta en el borde del electrodo positivo como una forma de borde libre. En este caso, la parte no recubierta (no mostrada) del electrodo positivo se ha formado en la parte central del electrodo positivo, y la lengüeta de electrodo positivo (no mostrada) puede formarse en la parte no recubierta. La lengüeta de electrodo positivo sobresale en una dirección basada en una dirección paralela al eje central de enrollado del conjunto de electrodos. Por ejemplo, la lengüeta de electrodo positivo puede sobresalir hacia la dirección superior del conjunto de electrodos para conectarse de ese modo al conjunto de tapa.
[0083] Además, en el caso del electrodo 120 negativo, se forma una parte 125 no recubierta en la porción de borde, y se forma una lengüeta 126 de electrodo negativo en la parte 125 no recubierta. La lengüeta 126 de electrodo negativo puede sobresalir en la otra dirección para la dirección en que sobresale la lengüeta de electrodo positivo basándose en una dirección paralela al eje central de enrollado. Por ejemplo, la lengüeta 126 de electrodo negativo puede sobresalir en una dirección inferior del conjunto 100 de electrodos, para conectarse de ese modo a la superficie inferior interior de la lata 311 cilíndrica.
[0084] Además, se forma una capa 140 de antidesconexión en una superficie de la parte no recubierta, y puede formarse la capa 140 de antidesconexión a medida que el colector de corriente de electrodo negativo, que se extiende hacia el lado externo de la parte no recubierta, se dobla de manera horizontal. Los detalles de la capa de antidesconexión son los mismos que se han descrito anteriormente. Según una batería 300 secundaria de la presente invención, aunque se produzca una desconexión por una grieta en un colector de corriente de electrodo negativo debido a la expansión en volumen de un electrodo 110 positivo, es posible impedir el deterioro del rendimiento de la batería manteniendo la conexión eléctrica dentro de un colector de corriente de electrodo negativo a través de una capa 140 de antidesconexión.
[0085] La presente invención también proporciona un método para fabricar un conjunto de electrodos tal como se ha descrito anteriormente.
[0086] La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra el orden del método de fabricar un conjunto de electrodos según la presente invención, y la figura 7 es un diagrama esquemático que muestra un proceso de fabricación de un electrodo negativo en un método para fabricar un conjunto de electrodos según la presente invención.
[0087] Haciendo referencia a las figuras 6 y 7 junto con la figura 2, en un método de fabricar un conjunto de electrodos según la presente invención, en primer lugar, se preparan un electrodo 110 positivo, un electrodo 120 negativo, y un separador 130, que van a fabricarse como un conjunto 100 de electrodo. En este momento, el electrodo 110 positivo y el separador 130 son tal como se han descrito anteriormente.
[0088] Además, el colector 121 de corriente de electrodo negativo pasa a través de un proceso para formar una capa 140 de antidesconexión. En primer lugar, el colector 121 de corriente de electrodo negativo se corta a lo largo para tener una porción (D) que se extiende una longitud predeterminada (S10). Es decir, se corta el colector 121 de corriente de electrodo negativo para incluir una porción (E) en la que va a formarse la capa 122 de material activo de electrodo negativo, una porción (F) en la que va a formarse la parte 125 no recubierta, y una porción (D) que se extiende en el lado externo de la parte 125 no recubierta una longitud predeterminada.
[0089] Cuando se prepara el colector 121 de corriente de electrodo negativo, se forma una capa 122 de material activo de electrodo negativo aplicando una suspensión de electrodo negativo que contiene un material activo de electrodo negativo en el colector 121 de corriente de electrodo negativo. En este momento, en el colector 121 de corriente de electrodo negativo, se forma una capa de material activo de electrodo negativo en una porción, excepto una porción (D) que se extiende la longitud predeterminada y una porción (F) en la que va a formarse una parte 125 no recubierta (S20). En el presente documento, puede establecerse la longitud de la segunda capa de material activo de electrodo negativo para que sea diferente de la de la primera capa de material activo de electrodo negativo, que se describirá más adelante. Además, puede formarse una lengüeta 126 de electrodo negativo en una superficie de la parte no recubierta.
[0090] Específicamente, tal como se muestra en las figuras 2 y 7, se aplica la suspensión de electrodo negativo en ambas superficies del colector 121 de corriente de electrodo negativo, formándose de ese modo una primera capa 123 de material activo de electrodo negativo y una segunda capa 124 de material activo de electrodo negativo, respectivamente. En este momento, haciendo referencia a la figura 2, puede aplicarse la suspensión de electrodo negativo de modo que la distancia (d<1>) entre el extremo de la primera capa 123 de material activo de electrodo negativo y el extremo (A) del conjunto 100 de electrodos puede ser menor que la distancia (d<3>) entre el extremo de la capa 112 de material activo de electrodo positivo y el extremo (A) del conjunto de electrodos, y la distancia (d<2>) entre el extremo de la segunda capa 124 de material activo de electrodo negativo y el extremo (A) del conjunto de electrodos puede ser mayor que la distancia (d<3>) entre el extremo de la capa 112 de material activo de electrodo positivo y el extremo (A) del conjunto de electrodos.
[0091] Cuando se forma una capa de material activo de electrodo negativo, una porción (D), que se ha extendido la longitud predeterminada, puede doblarse de manera horizontal para formar de ese modo una capa 140 de antidesconexión (S30). Además, se fijan la capa de antidesconexión y el colector de corriente soldando el extremo opuesto de la porción doblada de manera horizontal (B) (S40).
[0092] En este momento, tal como se muestra en las figuras 2 y 7, la capa 140 de antidesconexión puede estar separada de la segunda capa 124 de material activo de electrodo negativo una distancia predeterminada, y puede ajustarse la distancia (d<4>) entre la porción 131 soldada y el extremo (A) del conjunto 100 de electrodos para que sea mayor que la distancia (d<3>) entre el extremo de la capa 112 de material activo de electrodo positivo y el extremo (A) del conjunto de electrodos.
[0093] Una porción 142 de unión puede formarse además entre la parte 125 no recubierta y la capa 140 de antidesconexión. El método de formación de la porción 142 de unión es tal como se ha descrito anteriormente. Cuando se completa la fabricación del electrodo negativo, se interpone un separador entre el electrodo negativo y un electrodo positivo, que luego se enrolla para fabricar de ese modo un conjunto de electrodos de tipo enrollado en espiral (S50). El conjunto de electrodos de tipo enrollado en espiral se aloja en una carcasa de batería de una conformación de lata cilíndrica, para fabricarse de ese modo como una batería secundaria.
[0094] Asimismo, según un método de fabricar un conjunto de electrodos de la presente invención, aunque se produzca una desconexión por una grieta en un colector de corriente de electrodo negativo debido a la expansión en volumen de un electrodo positivo, es posible impedir el deterioro del rendimiento de una batería manteniendo la conexión eléctrica dentro de un electrodo negativo a través de una capa de antidesconexión.
[0095] Además, formando una capa de antidesconexión doblando de manera horizontal un colector de corriente de electrodo negativo, es posible omitir un proceso de disponer una parte no recubierta y la capa de antidesconexión para unir la capa de antidesconexión en la parte no recubierta, y unir ambos extremos de la capa de antidesconexión en la parte no recubierta. Como tal, pueden mejorarse la productividad y la eficiencia del proceso.
[0096] Por otra parte, en esta memoria descriptiva, se usan términos que indican direcciones tales como arriba, abajo, izquierda, derecha, antes, y después, pero es obvio que estos términos son sólo por conveniencia de descripción y pueden cambiarse dependiendo de la ubicación del objeto o la ubicación del observador.
[0097] [Descripción de números de referencia]
[0098] 10, 100, 200: conjunto de electrodos
[0099] 1, 110: electrodo positivo
[0100] 2, 120: electrodo negativo
[0101] 3, 130: separador
[0102] 111: colector de corriente de electrodo positivo
[0103] 112: capa de material activo de electrodo positivo
[0104] 121: colector de corriente de electrodo negativo
[0105] 122: capa de material activo de electrodo negativo
[0106] 123: primera capa de material activo de electrodo negativo
[0107] 124: segunda capa de material activo de electrodo negativo
[0108] 125: parte no recubierta
[0109] 126: lengüeta de electrodo negativo
[0110] 140: capa de antidesconexión
[0111] 141: porción soldada
[0112] 142: porción de unión
[0113] 300: batería secundaria
[0114] 310: carcasa de batería
[0115] 311: lata
[0116] 312: conjunto de tapa
[0117] 320: placa aislante

Claims (11)

1. REIVINDICACIONES
1. Conjunto (100) de electrodos que comprende: un electrodo (110) positivo;
un electrodo (120) negativo; y
un separador (130) interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo,
en el que el electrodo positivo incluye una capa (112) de material activo de electrodo positivo formada sobre un colector (111) de corriente de electrodo positivo, y el electrodo negativo incluye una capa (122) de material activo de electrodo negativo formada sobre un colector (121) de corriente de electrodo negativo, en el que se forma una parte (125) no recubierta en un borde del colector (121) de corriente de electrodo negativo, y
en el que se forma una capa (140) de antidesconexión a medida que el colector de corriente de electrodo negativo, que se extiende hasta un lado externo de la parte no recubierta, se dobla de manera horizontal, en el que se forma una porción (141) soldada para conectar la capa (140) de antidesconexión con la parte (125) no recubierta en un extremo opuesto de la porción (B) doblada de manera horizontal.
2. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en el que se forma una lengüeta de electrodo negativo en otra superficie de la parte no recubierta en la que la capa de antidesconexión está formada en la misma.
3. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en el que la capa de material activo de electrodo negativo incluye una primera capa (123) de material activo de electrodo negativo orientada hacia el electrodo positivo que tiene un separador entre los mismos, y una segunda capa (124) de material activo de electrodo negativo formada en una superficie opuesta de una superficie en la que se forma la primera capa de material activo de electrodo negativo.
4. Conjunto de electrodos según la reivindicación 3, en el que una longitud de la primera capa (123) de material activo de electrodo negativo es mayor que la de la segunda capa (124) de material activo de electrodo negativo.
5. Conjunto de electrodos según la reivindicación 4, en el que una distancia entre un extremo de la primera capa de material activo de electrodo negativo y un extremo del conjunto de electrodos es menor que una distancia entre un extremo de la capa de material activo de electrodo positivo y el extremo del conjunto de electrodos, y
en el que una distancia entre un extremo de la segunda capa de material activo de electrodo negativo y el extremo del conjunto de electrodos es mayor que una distancia entre el extremo de la capa de material activo de electrodo positivo y el extremo del conjunto de electrodos.
6. Conjunto de electrodos según la reivindicación 5, en el que se forma la capa de antidesconexión en una superficie en la que está formada la segunda capa de material activo de electrodo negativo, y
en el que la capa de antidesconexión está separada de la segunda capa de material activo de electrodo negativo una distancia predeterminada.
7. Conjunto de electrodos según la reivindicación 6, en el que una distancia entre la porción soldada y el extremo del conjunto de electrodos es mayor que el extremo de la capa de material activo de electrodo positivo y el extremo del conjunto de electrodos.
8. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, que comprende además: una porción de unión formada entre la parte no recubierta y la capa de antidesconexión.
9. Conjunto de electrodos según la reivindicación 1, en el que el electrodo positivo, el electrodo negativo, y el separador se enrollan en una forma enrollada en espiral después de laminarse.
10. Batería secundaria que comprende el conjunto de electrodos según la reivindicación 1.
11. Método de fabricación del conjunto de electrodos según la reivindicación 1, comprendiendo el método: una etapa de cortar un colector de corriente de electrodo negativo para tener una porción que se extiende una longitud predeterminada;
una etapa de formar una capa (122) de material activo de electrodo negativo en una porción, excepto la porción extendida una longitud predeterminada y la parte no recubierta;
una etapa de formar una capa (140) de antidesconexión doblando de manera horizontal la porción extendida la longitud predeterminada; y
una etapa de fijar la capa de antidesconexión y el colector de corriente mediante soldadura de un extremo opuesto de la porción doblada de manera horizontal,
en el que se forma una porción (141) soldada para conectar la capa (140) de antidesconexión con la parte (125) no recubierta, en un extremo opuesto de una porción doblada de manera horizontal (B).
ES21854633T 2020-08-03 2021-07-23 Electrode assembly including disconnection preventing layer and method for manufacturing the same Active ES3057620T3 (en)

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