TW201419628A - 電極組、電極組之製備方法、以及包含電極組之電化學電池 - Google Patents

電極組、電極組之製備方法、以及包含電極組之電化學電池 Download PDF

Info

Publication number
TW201419628A
TW201419628A TW102123205A TW102123205A TW201419628A TW 201419628 A TW201419628 A TW 201419628A TW 102123205 A TW102123205 A TW 102123205A TW 102123205 A TW102123205 A TW 102123205A TW 201419628 A TW201419628 A TW 201419628A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
electrode
preparing
isolation layer
electrode assembly
battery
Prior art date
Application number
TW102123205A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI517476B (zh
Inventor
Dae-Geun Ku
Hyuk-Su Kim
Jun-Woo Huh
Hyang-Mok Lee
Chang-Bum Ahn
Original Assignee
Lg Chemical Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lg Chemical Ltd filed Critical Lg Chemical Ltd
Publication of TW201419628A publication Critical patent/TW201419628A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI517476B publication Critical patent/TWI517476B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/46—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes
    • H01M50/461—Separators, membranes or diaphragms characterised by their combination with electrodes with adhesive layers between electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H01M10/0418—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes with bipolar electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/029—Bipolar electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

本發明係有關於一種用以完成電極組之單元結構之製備方法以及包含其之電化學電池，其中該電極組係透過堆疊方法所形成。該電極組之製備方法之特徵在於製備該單元結構，其係透過：進行第一製程，係層壓並形成一雙電池，該雙電池具有一第一電極/隔離層/第二電極/隔離層/第一電極之結構；進行第二製程，係將一第一隔離層層壓於該兩個第一電極中之其中一個第一電極之上方；並且進行第三製程，係將第二隔離層/第二電極逐一層壓於該兩個第一電極中之另一個第一電極之上方。

Description

電極組、電極組之製備方法、以及包含電極組之電化學電池
本發明主張於2012年6月28日，於韓國智慧財產局所提申之韓國專利申請號10-2012-0069831，以及於2013年6月27日，於韓國智慧財產局所提申之韓國專利申請號10-2013-0074675之優先權，上述文件之內容已全部併入本發明中以供參酌。
本發明係關於一種完成電極組之單元結構之製備方法；一種電極組之製備方法以及一種包括該電極組之電化學電池，該電極組透過堆疊方法而非摺疊方法所製備。
二次電池，其係建議作為替代能源，以解決由普及且使用石化燃料之汽油車、柴油車及類似者所造成的環境汙染的缺點，因此，二次電池於作為電動汽車(EV)、混合動力電動汽車(HEV)、並聯式混合動力電動汽車(PHEV)及類似者之電力來源方面受到注目。於中尺寸及大尺寸裝置中(譬如汽車)，基於對高功率及高容量的需求，可使用 其中有複數電池電性連接之中尺寸及大尺寸之電池模組。
然而，由於需要將中尺寸及大尺寸之電池模組製備為具有小尺寸且輕量，可高度層壓且相較於其容量具有輕量特性之方形電池、袋狀電池及類似者廣泛地用以作為中尺寸及大尺寸之電池模組之電池單元。
該電池單元包括一電極組。通常該電極組係根據包括陽極/隔離層/陰極之結構之電極組加以分類。
典型地，該電極組可分類為：膠卷式(纏繞型)電極組，其中纏繞著長片形狀之陽極及陰極以及夾置於其中之隔離層；堆疊式(層壓型)電極組，其中複數個陽極與陰極及夾置的隔離層被裁切為特定尺寸單位，並逐一堆疊；以及一堆疊/摺疊式電極組。
首先，將對於由本發明申請人所提交之韓國專利申請號2001-0082059及2001-0082060中所揭露之堆疊/摺疊式電極組進行說明。
參考圖1，該堆疊/摺疊結構之電極組1包括複數個交疊的全電池2、3、4…(下文中，將被稱為全電池)作為單元電池，其中依序設置有陽極/隔離層/陰極。於每個交疊部分夾置著隔離層片5。該隔離層片5具有可纏繞全電池之單位長度。該隔離層片5係由中心全電池1b開始向內側彎曲單位長度，並持續地纏繞每一個全電池至最外側之全電池4，以將隔離層片夾置於該全電池之交疊部分。隔離層片5之末端部分係藉由進行熱焊接或利用黏結膠帶6貼附而完成。該堆疊/摺疊式電極組係藉由，譬如，將全電池 2、3、4…排列於具有長的長度之隔離層片5上，並由該隔離層片5之末端部分開始依序纏繞。然而，於該結構中，於中心部分之電極組1a、1b及2以及設於外側部分之電極組3、4之間可能產生溫度梯度，而產生不同的發熱效率。因此，長時間使用後，電極組的壽命可能下降。
進行該電極組之製造過程，係使用兩層壓設備以製備各電極組、以及一作為獨立裝置的額外摺疊設備。因此，製備過程之黏性時間(tack time)之減少有限。特別是，於經由摺疊所完成之堆疊結構中，難以將置於上方及下方之電極組之精細地於結構中對齊。因此，難以製備具有可靠品質之組件之。
圖2係A型及C型雙電池，其係可取代上述如圖1所示之堆疊/摺疊結構之電極組之全電池之單元結構。於該堆疊/摺疊結構之電極組之中心部分(其係纏繞的起始點)，雙電池(A型雙電池)具有(a)陽極/隔離層/陰極/隔離層/陽極結構之雙電池；或一雙電池(C型雙電池)具有(b)陰極/隔離層/陽極/隔離層/陰極結構，可經由以隔離層片纏繞而配置。
也就是說，具有「A型雙電池」結構之普通雙電池可具有雙側陽極10、隔離層20、雙側陰極30、隔離層40以及雙側陽極50依序堆疊之結構，如圖2(a)所示；或者，具有「C型雙電池」結構之普通電池可具有雙側陰極30、隔離層20、雙側陽極10、隔離層40以及雙側陰極60依序堆疊之結構，如圖2(b)所示。
於透過摺疊製程所製備之電極組結構中，可能 需要獨立的摺疊設備。當應用雙電池結構時，雙電池可製成兩種類型(即，A型和C型)製得並堆疊。進行摺疊前，設於長的隔離層片上之雙電池之間可能非常難保持準確距離。換言之，當進行摺疊時，難以使上方及下方之單元電池(意指全電池或雙電池)精確地對準。此外，製備高容量電池時，改變類型可能需要耗費相當長的時間。
先前技術文獻
專利文獻
(專利文獻1)韓國公開專利2001-0045056
(專利文獻2)韓國公開專利2011-0082745
本發明之一目的，係考量上述缺點而提供一種電極組之製備方法以及電極組結構，藉此，中尺寸及大尺寸鋰離子聚合物電池之製造方法可藉由製備一種單元結構而簡化並統一化，其中，該單元結構係由需製備兩種類型雙電池(A型及C型)之常見電極組製備方法所衍生，且設備的投資可因此降低、並提高生產率。
本發明另一目的提供一種具有新穎結構之單元結構之製備方法，其係利用一製備一般A型雙電池之層壓設備與一製備一C型雙電池之層壓設備，並且利用一般的A型雙電池與C型雙電池而不用捨棄。
根據本發明之一目的，提供一種電極組之製備方法，其中該電極組之單元結構係透過進行第一製程，係 層壓並形成具有第一電極/隔離層/第二電極/隔離層/第一電極之結構之雙電池；進行第二製程，係將一第一隔離層層壓於該兩個第一電極中之其中一個第一電極之上方；並且進行第三製程，係將第二隔離層/第二電極逐一層壓於該兩個第一電極中之另一個第一電極之上方而製得。
根據本發明之另一目的，藉由利用上述製程形 成之單元結構以提供一種電極組，且藉由該電極組可製得一二次電池與一中尺寸及大尺寸之電池模組。
根據本發明，據此一中尺寸及大尺寸鋰離子聚 合物電池之製造方法可藉由製備一種單元結構而簡化並統一化，且設備之投資可因此降低、並提高生產率；以及可提供一種電極組之結構。
此外，可使用習知用於製備一般A型雙電池之 層壓設備與用於製備一般C型雙電池之層壓設備，並且該一般A型雙電池與C型雙電池不須捨棄，可依其原本型態用以製備一具有新穎結構之單元電池。
本發明上述及其他目的、特徵、及優點將由下文之詳細描述結合附圖而更清楚地理解。
110‧‧‧第一隔離層
120、160‧‧‧陽極
130‧‧‧第二隔離層
140‧‧‧第一陰極
150、170‧‧‧隔離層
180‧‧‧第二陰極
圖1係常見之堆疊/摺疊式電極組之摺疊結構之示意圖。
圖2係於圖1之堆疊/摺疊式電極組中利用A型雙電池 與C型雙電池取代全電池之剖視圖。
圖3係根據一實施例之包括於電極組中之單元結構之製備過程之方塊流程圖。
圖4係利用製備圖3單元結構之製造設備之單元結構製備過程示意圖。
圖5係根據一實施例之單元結構之分解圖。
圖6係根據一實施例之單元結構之剖視圖。
圖7係根據一實施例之包括用於固定電極組之固定件之電極組示意圖。
本發明之實施例將參考隨附圖式加以詳述。於隨附圖式中，同樣的符號可指同樣的元件，且重複的解釋將省略。儘管在此之用語第一、第二等可形容各種元件，該些元件不應僅限於上述用語中。上述用語僅用以由另一個元件區分一元件。
本發明之電極組之製備製程之核心技術在於形成一單元結構。特別是，該單元結構可透過進行第一製程，係層壓並形成具有第一電極/隔離層/第二電極/隔離層/第一電極之結構之雙電池；進行第二製程，係將一第一隔離層層壓於該兩個第一電極中之其中一個第一電極之上方；並且進行第三製程，係將第二隔離層/第二電極逐一層壓於該兩個第一電極中之另一個第一電極之上方而形成。
於此，該第一電極/第二電極可為陰極/陽極或陽極/陰極。然而，為了說明的方便，譬如，於下文中該第 一電極可視為陰極，且該第二電極可視為陽極。
參考圖3，上述結構之單元結構可藉由依序堆 疊一第一陰極材料、一隔離層、一陽極材料、一隔離層、以及一第二陰極材料，將該堆疊結構裝載至層壓機中，並進行層壓以製得一具有第一陰極/隔離層/陽極/隔離層/第二陰極結構之雙電池(C型雙電池)(第一製程)。
接著，可進行第二製程，係將第一隔離層層壓 於C型雙電池之第二陰極之上，並且可進行第三製程，係將第二隔離層與陽極逐一層壓於該第一陰極之上方。
由於圖3之一實施例中同時進行第二製程與第 三製程，於該第二製程中將第一隔離層置於該第二陰極上之步驟、且於第三製程中將第二隔離層與該陽極置於該第一陰極上之步驟可先進行。於進行該些步驟後，可進行層壓以一併完成第二製程與第三製程。
圖4係於實際製造設備中所進行之製備製程，以顯示如圖3之方塊流程圖所示之單元結構製備過程。
如圖4所示，第一層壓機L1與第二層壓機L2可設於沿著C型雙電池之行進方向之一生產線上以連續完成第一製程至第三製程。於該第一層壓機L1中，該第一陰極材料、隔離層、陽極材料、隔離層、以及第二陰極材料逐一裝載、堆疊、然後層壓。在此，裝載意指將基底材料(即，該第一陰極材料、隔離層、陽極材料、第二陰極材料)，其係指各組成之材料，供應至該層壓機中。基底材料可同時經由裝載單元(裝載輥)供應至該第一層壓機中， 且該供應之基底材料可透過第一層壓機L1以第一陰極140/隔離層150/陽極160/隔離層170/第二陰極180之順序逐一堆疊(參見圖4中的「X」)。
接著，該第二製程與該第三製程可同時於第二 層壓機L2中進行。換言之，於第二製程中，將該第一隔離層110層壓於C型雙電池(其係以第一陰極140/隔離層150/陽極160/隔離層170/第二陰極180之順序堆疊)之第二陰極180之上方，並且於第三製程中，同時可透過第二層壓機L2逐一將第二隔離層/陽極層壓於第一陰極之上，以製得該單元結構。
圖4係將作為軋型之第一隔離層以及該第二隔 離層/陽極同時供應於第二層壓機L2之實施例。然而，亦可假設供應片型而非軋型之例子。在此情況下，該第二製程與該第三製程可依序進行。
此外，即使第二隔離層/陽極可以軋型而非片 型供應於第二層壓機L2，該第二製程與第三製程可依序進行。譬如，如圖4所示，當將第一隔離層110供應於第二陰極180之上以進行層壓，且同時停止將第二隔離層130及陽極120供應供應於該第一陰極140之上之裝載時，可進行該第二製程。當將第二隔離層130與陽極120供應至第一陰極140之上以進行層壓，且同時停止將第一隔離層110供應至該第二陰極180之裝載時，可進行該第三製程。如上所述，即使當所有第一隔離層、以及該第二隔離層/陽極係以軋型被供應至該第二層壓機L2中，該第二製程與該第三製程亦 可依序進行。
在此，第二製程與第三製程並不一定要以第二 層壓機L2進行。當然，於另一實施例中，第二層壓機L2可專門用於第二製程，且一獨立的層壓機可專門用於第三製程中。
同時，隔離層110、130、150、及170之表面 可利用具有黏性之塗佈材料塗佈。在此情況下，該塗佈材料可為複數個無機顆粒與黏結劑聚合物之混合物。在此，無機顆粒可改善隔離層110、130、150、及170之熱穩定性。 換言之，該無機顆粒可避免隔離層110、130、150、及170於高溫時收縮。此外，該黏結劑聚合物可固定該些無機顆粒。因此，該無機顆粒可具有一定的孔洞結構。由於該孔洞結構，即使該無機顆粒塗佈於隔離層110、130、150、及170上，離子亦可順利地由陽極移動至陰極。此外，隔離層110、130、150、及170之機械穩定性可因黏結劑聚合物穩定地將該無機顆粒保持於隔離層110、130、150、及170上而提升。此外，黏結劑聚合物可更穩定地附著於電極之隔離層上。透過上述方法所完成之隔離層之塗佈稱為安全強化隔離層(SRS)塗佈。
談到單元結構之製造狀態，電極120與140係 設於該第二隔離層130之兩側，然而，一電極180僅設於第一隔離層110之一側。因此，具有黏性之塗佈材料可塗佈於第二隔離層130之兩側，且該塗佈材料可僅塗佈於第一隔離層110面對電極之一側。因此，可降低單元結構之製 造成本。此外，於圖2所示之雙電池中，由於該電極係暴露於雙電池之兩側，必須有兩個視覺檢測設備(vision inspecting apparatuses)。然而，對於實施例之單元結構，該電極並不設於該第一隔離層110之兩側中的其中一側。因此，該視覺檢測設備可僅設於靠近單元結構之第一隔離層之相對位置之電極。因此，可降低設備之成本耗費。
作為參考，當將具有黏性之塗佈材料塗佈於隔 離層110、130、150、及170上時，透過特定之物件於隔離層110、130、150、及170上施予直接壓力是不理想的。隔離層110、130、150、及170通常可由電極向外延伸。因此，可企圖藉由如超音波焊接(sonication welding)，將隔離層110、130、150、及170邊緣部分彼此焊接。然而，根據超音波焊接，必須藉由利用名為喇叭焊頭(horn)之裝置以直接加壓標的。當該隔離層110、130、150、及170之邊緣部分利用名為喇叭焊頭之裝置直接加壓時，喇叭焊頭可因為具有黏性之塗佈材料而貼附於隔離層上。此時，該裝置可能失去控制。因此，當具有黏性之塗佈材料塗佈於隔離層110、130、150、及170時，透過特定之物件於隔離層110、130、150、及170上施予直接壓力是不理想的。
於第二製程或第三製程中於該層壓施加之溫度比該第一製程中於該層壓施加之溫度低約20℃至50℃。於第二製程或第三製程中於該層壓施加之壓力係該第一製程中於該層壓施加之壓力之約40%至60%。如上所述，透過區分第二製程及第三製程與第一製程之溫度及壓力，可簡 化處理條件，且亦可降低用於進行該些步驟之必要成本。
此外，用以進行第一製程之第一層壓機L1之 外之其餘層壓機，施加於其之上區塊與下區塊之溫度可不同。
例如，不必要的功率消耗可藉由保持該第二層 壓機L2之與第二隔離層/陽極接觸之下區塊之溫度高於第二層壓機L2之與第一隔離層接觸之上區塊約10℃至30℃。
當電極組係藉由利用常見的雙電池製得，則必要分別安裝用以製備A型雙電池之線路設備以及用以製備C型雙電池之線路設備，且兩種雙電池必須堆疊。相反地，根據實施例，具有同樣結構之單元結構可藉由僅利用A型雙電池與C型雙電池中其中一種而製得。電極組可由至少一單元結構或藉由堆疊複數個單元結構而獲得。因此，該第一製程可僅利用用以製備A型雙電池之線路設備以及用以製備C型雙電池之線路設備中之單一線路設備而進行。透過附加進行第二製程及第三製程之設備於該線路設備中，該單元結構可經由連續製程而製得。
圖5係根據實施例之結構單元之分解圖，且圖6係根據實施例之結構單元之剖視圖。如上所述，該單元結構可藉由利用C型雙電池或A型雙電池而製得。譬如，當該單元結構藉由利用C型雙電池製得時，具有如圖6所示之結構之單元結構可藉由進行第一製程以形成具有第一陰極140/隔離層150/陽極160/隔離層170/第二陰極180之結構 之C型雙電池；進行第二製程以層壓第一隔離層110於C型雙電池之第二陰極180上；並且進行第三製程以逐一層壓該第二隔離層130/陽極120於該第一陰極之上而製得。
藉由利用具有如上述結構之單元結構以製得電極組，可使中尺寸及大尺寸鋰離子聚合物電池之製備過程簡化並統一化。此外，可降低設備投資，並提高生產率。並且，可藉由使用堆疊製程而非使用常見之摺疊製程以獲得二次電池，因此，該製備製程可減化，且生產成本顯著地下降。
圖7繪示根據一實施例之用於固定電極組之固定件。
也就是說，於本發明一實施例之電極組可進一步包括一固定件T1，以固定該單元結構本身之該側或該周邊，或是固定透過堆疊複數個單元結構所形成之電極組100之該側或該周邊。
為了證實簡單堆疊結構之堆疊穩定性，可藉由於堆疊結構之側面使用獨立的元件以進行固定。該固定部份可藉由貼附該堆疊電極組之周邊而應用，如圖7(a)所示；或者藉由應用固定件T2以僅固定電極組之一側，如圖7(b)所示。此外，該固定件之材料可選自與隔離層不同之材料。
當然，電極組之固定可藉由焊接隔離層之末端部份，朝該堆疊電極組之單元結構之側部擠壓末端而完成，而非使用獨立之固定件。該隔離層可藉由利用至少一選自 由聚乙烯膜(polyethylene film)、聚丙烯膜(polypropylene film)、由該些膜組合而獲得之多層膜、用於聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride)之聚合物電解質之聚合物膜、聚環氧乙烷(polyethylene oxide)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、或具細孔之聚偏氟乙烯六氟丙烯之共聚物(copolymer of polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene)之群組而形成。
於下文中，將根據本發明之電極組之組成元件之具體材料及組成特性加以說明。
[陽極結構]
提供於游離基電池(radical cell)之電極區分為陽極與陰極，且游離基電池係藉由結合該陽極與該陰極，並於該陽極與陰極之間夾置隔離層而製得。該陽極之製造，舉例而言，係藉由將陽極活性材料、導電材料以及黏結劑所混合之漿料塗佈於陽極集流器上，乾燥並壓製而製得。填料可依據需求添加至混合物中。當陽極以片形完成並安裝於一輥上時，可增加該游離基電池之製造速率。
[陽極集流器]
一個陽極集流器通常被製造以具有約3至500μm之厚度。作為陽極集流器，可以使用不引起電池化學變化且具有高導電性之材料而無任何限制。譬如可使用：不銹鋼、鋁、鎳、鈦、鍛燒碳(clacined carbon)、經碳、鎳、鈦、銀、或類似物進行表面處理之鋁或不銹鋼材料。陽極活性材料之貼附性可透過於陽極集流器之表面形成微小壓紋而增加。該陽極集流器可具有各種形狀，譬如膜、片、 箔、網、多孔材料、海綿狀材料、非織造材料、及類似物。
[陽極活性物質]
用於鋰二次電池之陽極活性材料可包括，譬如，鋰鈷氧化物(LiCoO2)、鋰鎳氧化物(LiNiO2)等，或經一種或以上過渡金屬取代之化合物；鋰錳氧化物，譬如：Li1+xMn2-xO4的(其中x為0至0.33)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2等；鋰銅氧化物(Li2CuO2)；釩氧化物，譬如：LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、Cu2V2O7等；Ni位型鋰鎳氧化物，係由化學式LiNi1-xMxO2表示(其中，M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，x=0.01至0.3)；或鋰錳複合氧化物，由化學式Li2-xMxO2(其中，M=Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且x=0.01至0.1)或Li2Mn3MO8(其中，M=Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示；LiMn2O4，其中一部分Li經鹼土離子取代；二硫化合物；Fe2(MoO4)3；及類似者，但本發明不限於此。
一般而言，以混合物之總量為基準，將導電材料以1至50wt%之量添加至包括陽極活性材料之混合物中。可使用具有導電性而不引起電池之化學變化之任何導電材料而沒有限制。譬如可使用：石墨，例如天然石墨、人造石墨等；炭黑，譬如炭黑(carbon black)、乙炔黑(acetylene black)、科琴黑(ketjen black)、槽黑(channel black)、爐黑(furnace black)、燈黑(lamp black)、熱黑(thermal black)等；導電纖維，譬如碳纖維、金屬纖維等；金屬粉末，譬如氟化碳粉末、鋁粉末、鎳粉末等；導電性晶鬚(conductive whisker)，譬如鈦酸鉀等；導電性金屬氧化物，譬如氧化鈦 等；導電材料，譬如聚亞苯基(polyphenylene)衍生物等。
黏結劑係一種協助活性材料結合至導電材料並與電流集流體結合之成份，且以包括陽極活性材料之混合物之總重為基準，其包括約1至50wt%之黏結劑。黏結劑之具體實例可包括：聚氟亞乙烯(polyfluoro vinylidene)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose,CMC)、澱粉(starch)、羥丙基纖維素(hydroxypropyl cellulose)、再生纖維素(regenerated cellulose)、聚乙烯基吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)、四氟乙烯(tetrafluoroethylene)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、乙烯-丙烯-二烯聚合物(ethylene-propylene-diene polymer,EPDM)、磺化之EPDM(sulfonated EPDM)、苯乙烯丁二烯橡膠(styrene butadiene rubber)、氟橡膠(fluorine rubber)、各種共聚物等。
填料係一種抑制陽極膨脹之成份，且可選擇性地使用。可使用不引起電池化學變化且具有纖維相之材料而沒有限制。舉例而言，可使用烯烴類聚合物(olefin-based polymer)，譬如聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、及類似者；也可使用纖維相材料，譬如玻璃纖維、碳纖維，及類似者。
[陰極結構]
陰極可藉由將陰極活性材料塗佈於陰極集流器上，乾燥並壓製而製得。視情況可選擇性地包括導電材料、黏結劑、填料等。當陰極形成一片材形狀使其可被安 裝於輥上時，可增加該游離基電池之製造速率。
[陰極集流器]
陰極集流器通常製備以具有約3至500μm之厚度。作為陰極集流器，可使用不引起電池化學變化且具有導電性之材料沒有限制。譬如可使用：銅、不銹鋼、鋁、鎳、鈦、鍛燒碳(clacined carbon)、經碳、鎳、鈦、銀、鋁-鎘合金等進行表面處理之銅或不銹鋼材料。此外，與陽極集流器相同，陰極之貼附性可透過於陰極集流器之表面形成微小壓紋而增加。該陰極集流器可具有各種形狀，譬如膜、片、箔、網、多孔材料、海綿狀材料、非織造材料等。
[陰極活性材料]
陰極活性材料舉例可包括：碳，譬如非石墨化碳、石墨類碳等；金屬複合氧化物，譬如LixFe2O3(0X1)、LixWO2(0X1)、SnxMe1-xMe'yOz等(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me’：Al、B、P、Si、元素週期表中第1族、第2族及第3族之元素、鹵素；0<x1；1y3；1z8)；鋰金屬；鋰合金；矽類合金；錫類合金；金屬氧化物，譬如：SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5等；導電聚合物，譬如聚乙炔(polyacetylene)等；Li-Co-Ni類材料等。
[隔離層]
除了摺疊製程或膠卷製程以完成簡單堆疊外，隔離層經由進行簡單堆疊製程而形成一游離基電池。特別是，該隔離層與電極之貼附可透過壓力(或通過壓力及熱) 於層壓機完成。經由上述製程，電極與隔離層片間可形成穩定界面。
任何材料均可被用以製造表現出絕緣特性及用以讓離子移動之多孔結構之隔離層。例如，可以使用具有高離子通透率及機械強度之絕緣薄膜。隔離層或隔離層片之孔徑一般為約0.01至10μm，其厚度一般為約5至300μm。
關於隔離層，譬如可使用：烯烴類聚合物，譬如耐化學性及疏水性聚丙烯(polypropylene)等；藉由使用玻璃纖維、聚乙烯、或類似物而得到之片材或非織造布。當使用固體電解質，譬如聚合物作為電解質時，固體電解質亦可作為隔離層。較佳為，可使用聚乙烯膜(polyethylene film)、聚丙烯膜(polypropylene film)、或由上述薄膜組成所獲得之複數層膜，或用於聚合物電解質或凝膠型聚合物電解質之聚合物膜，譬如聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride)、聚環氧乙烷(polyethylene oxide)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、或聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物(polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymer)之聚合物膜。
於下文中，將針對包括應用根據本發明之電極組之電化學裝置加以說明。
根據本發明之電極組100可應用於電化學電池中，經由陽極與陰極之電化學反應產生電力。電化學電池之典型例子包括：超級電容器(super capacitor)、超電容器 (ultra capacitor)、二次電池、燃料電池、各種傳感器、用於電解之裝置、電化學反應器，及類似者。其中二次電池最佳。
該二次電池具有一結構，其中具有於一含離子 電解質之浸漬狀態之可充電/可放電之電極組係裝設於電池殼體中。於一較佳實施例中，該二次電池可為一鋰二次電池。
近來，作為大尺寸裝置電源以及小尺寸移動裝 置電源之鋰二次電池備受關注。具有輕量之二次電池可較佳地應用於該些領域中。關於降低二次電池重量之方法，可使用一種包括設於鋁層壓層之袋狀殼體中之電極組之內建結構。由於鋰二次電池之特性係本領域所熟知的，因此省略對於鋰二次電池之解釋。
此外，如上所述，當鋰二次電池用以做為中型 或大型尺寸裝置之電力來源時，二次電池可最大程度地抑制長時間操作性能之劣化、具有優異的壽命特性、且具有能夠以較低成本而大量製造之結構者為佳。由此角度來看，包括本發明電極組之二次電池可較佳為中型或大型尺寸電池模組之單元電池。
包括複數二次電池之電池模組之電池包可用 以作為中型或大型尺寸裝置中電力來源。該中型或大型尺寸裝置係至少一選自由：電動汽車(EV)、混合動力電動汽車(HEV)、及插電式混合動力電動汽車(PHEV)；電動自行車(E-bike)；E-摩托車(E-scooter)；電動高爾夫球車； 電動貨車；以及電動商用車所組成之群組。
該中型及大型尺寸電池模組係由複數單元電 池以串聯系統或串聯/並聯系統連接所組成，以提供高輸出及高容量。關於該些功能之技術於本領域中係眾所周知的，因此，於本發明中針對該些特徵之說明將省略。
雖然本發明以透過示例性實施例加以說明，然 而顯然本發明具有通常知識者可在不悖離本發明申請專利範圍所定義之精神及範圍之情況下，進行各種修改及變化。

Claims (17)

  1. 一種電極組之製備方法，其中該電極組包括一第一電極、一第二電極、以及一隔離層，該電極組之一單元結構係由下述步驟製得：進行一第一製程，係層壓並形成一雙電池，該雙電池具有一第一電極/隔離層/第二電極/隔離層/第一電極之結構；進行一第二製程，係將一第一隔離層層壓於該兩個第一電極中之其中一個第一電極之上方；並且進行一第三製程，係將第二隔離層/第二電極逐一層壓於該兩個第一電極中之另一個第一電極之上方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電極組之製備方法，其中，堆疊複數個該單元結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電極組之製備方法，其中，該第二製程與該第三製程係使用獨立的層壓機進行。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電極組之製備方法，其中，該第二製程與該第三製程係使用單一層壓機，同時地或依序地進行。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電極組之製備方法，其中，該第二隔離層之兩側係經具有黏合性之塗佈材料塗佈，且該第一隔離層之一側與該經具有黏合性之塗佈材料塗佈之第一電極接觸。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電極組之製備方法，其中，該雙電池包括之該隔離層之兩側係經具有黏合性之塗佈材料塗佈。
  7. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之電極組之製備方法，其中，該塗佈材料係複數個無機顆粒與一黏結劑聚合物之一混合物。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之電極組之製備方法，其中，該第一電極與該第二電極係雙面電極，該雙面電極包括於一集流體之兩側具有一活性材料之一塗佈結構。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電極組之製備方法，其中，於該第二製程或該第三製程中於層壓施加之溫度係比該第一製程中於層壓施加之溫度低20℃至50℃。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之電極組之製備方法，其中，於該第二製程或該第三製程中於層壓施加之壓力係為該第一製程中於層壓施加之壓力之40%至60%。
  11. 如申請專利範圍第3項或第4項所述之電極組之製備方法，其中，用以進行該第一製程之層壓機以外之其餘層壓機，施加於其之一上區塊與一下區塊之溫度係相差10℃至30℃。
  12. 一種電極組，其包括至少一透過如申請專利範圍第1項所述之電極組之製備方法所製得之單元結構。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之電極組，更包括一固定件，其係用以固定該單元結構之一側或一周邊。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之電極組，更包括一固定件，其係用以固定該電極組之一側或一周邊。
  15. 如申請專利範圍第13項或第14項所述之電極組，其中，該固定件係利用與該隔離層材料不同之材料所形成。
  16. 如申請專利範圍第12項所述之電極組，其中該第一電極與該第二電極係雙面電極，該雙面電極包括於一集流體之兩側具有一活性材料之一塗佈結構。
  17. 一種電化學電池，其包括如申請專利範圍第12項所述之電極組。
TW102123205A 2012-06-28 2013-06-28 電極組、電極組之製備方法、以及包含電極組之電化學電池 TWI517476B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20120069831 2012-06-28
KR1020130074675A KR101523427B1 (ko) 2012-06-28 2013-06-27 전극조립체의 제조공정

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201419628A true TW201419628A (zh) 2014-05-16
TWI517476B TWI517476B (zh) 2016-01-11

Family

ID=50140532

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102123205A TWI517476B (zh) 2012-06-28 2013-06-28 電極組、電極組之製備方法、以及包含電極組之電化學電池

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9806316B2 (zh)
EP (1) EP2757625B1 (zh)
JP (1) JP5855267B2 (zh)
KR (1) KR101523427B1 (zh)
CN (1) CN103959542B (zh)
TW (1) TWI517476B (zh)
WO (1) WO2014003485A1 (zh)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101609424B1 (ko) 2013-09-26 2016-04-05 주식회사 엘지화학 전극조립체의 제조방법
WO2016053060A1 (ko) * 2014-10-02 2016-04-07 주식회사 엘지화학 이차전지용 라미네이팅 장치 및 이차전지의 라미네이팅 방법
KR101775230B1 (ko) 2014-10-02 2017-09-05 주식회사 엘지화학 이차전지용 라미네이팅 장치 및 이차전지의 라미네이팅 방법
CN107305959B (zh) * 2016-04-25 2022-05-13 松下知识产权经营株式会社 电池和电池制造方法以及电池制造装置
US10804571B2 (en) * 2016-11-24 2020-10-13 Lg Chem, Ltd. Method of manufacturing battery cell comprising electrode having aperture
KR101964713B1 (ko) * 2016-12-15 2019-04-02 주식회사 엘지화학 고정 부재를 포함하는 전지셀 활성화 트레이
KR102500240B1 (ko) * 2018-06-29 2023-02-16 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 조립체 제조방법
KR20200061033A (ko) 2018-11-23 2020-06-02 주식회사 엘지화학 라미네이션장치 및 방법, 그를 포함하는 이차전지 제조설비
KR102594367B1 (ko) * 2019-04-16 2023-10-27 주식회사 엘지에너지솔루션 다른 색의 코팅부를 포함하는 전극조립체 및 이의 제조방법
CN112768811A (zh) * 2019-11-01 2021-05-07 通用汽车环球科技运作有限责任公司 具有混合型结构的电容器辅助的电化学装置
EP4152469A1 (de) 2021-09-17 2023-03-22 Technische Universität Berlin Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines elektroden-separator-verbunds für eine batteriezelle

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000311717A (ja) * 1999-02-25 2000-11-07 Mitsubishi Chemicals Corp 電池要素及び電池
KR100528908B1 (ko) 1999-11-02 2005-11-16 삼성에스디아이 주식회사 내부발열의 방열을 용이하게 하기 위한 리튬 이차전지
KR100497147B1 (ko) 2000-02-08 2005-06-29 주식회사 엘지화학 다중 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조방법
KR100515572B1 (ko) 2000-02-08 2005-09-20 주식회사 엘지화학 중첩 전기화학 셀 및 그의 제조 방법
KR100406690B1 (ko) * 2001-03-05 2003-11-21 주식회사 엘지화학 다성분계 복합 필름을 이용한 전기화학소자
US7097936B2 (en) * 2001-08-27 2006-08-29 Enerdel, Inc. Battery constructed with extracted bicells stacked on shuttled pallet
KR20030065074A (ko) 2002-01-29 2003-08-06 주식회사 뉴턴에너지 전기화학셀 및 이의 제조방법
JP5203356B2 (ja) 2006-05-04 2013-06-05 エルジー・ケム・リミテッド リチウム二次電池及びその製造方法
KR100874387B1 (ko) * 2006-06-13 2008-12-18 주식회사 엘지화학 둘 이상의 작동 전압을 제공하는 중첩식 이차전지
KR101014817B1 (ko) * 2007-12-14 2011-02-14 주식회사 엘지화학 안전 부재를 포함하고 있는 스택/폴딩형 전극조립체 및그것의 제조방법
JP5351481B2 (ja) * 2008-09-26 2013-11-27 旭化成株式会社 電極積層体及びその製造方法
KR20100070011A (ko) * 2008-12-17 2010-06-25 주식회사 효성 리튬 2차 전지의 전극조립체 및 그 제조방법
KR101093890B1 (ko) 2010-01-12 2011-12-13 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
JP5891655B2 (ja) 2010-08-30 2016-03-23 ソニー株式会社 非水電解質電池および非水電解質電池の製造方法、並びに絶縁材および絶縁材の製造方法、並びに電池パック、電子機器、電動車両、蓄電装置および電力システム
KR101355834B1 (ko) 2010-12-02 2014-01-28 주식회사 엘지화학 이차전지 제조용 라미네이션 장치

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014533425A (ja) 2014-12-11
WO2014003485A1 (ko) 2014-01-03
TWI517476B (zh) 2016-01-11
JP5855267B2 (ja) 2016-02-09
KR20140004572A (ko) 2014-01-13
EP2757625A4 (en) 2015-12-16
US9806316B2 (en) 2017-10-31
US20140212751A1 (en) 2014-07-31
KR101523427B1 (ko) 2015-05-27
CN103959542B (zh) 2016-06-29
EP2757625A1 (en) 2014-07-23
CN103959542A (zh) 2014-07-30
EP2757625B1 (en) 2016-11-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11081682B2 (en) Fabricating method of electrode assembly and electrochemical cell containing the same
TWI517476B (zh) 電極組、電極組之製備方法、以及包含電極組之電化學電池
US10516185B2 (en) Electrode assembly and electrochemical cell containing the same
JP6093370B2 (ja) 電極組立体及びこれを含む電気化学素子
TWI502787B (zh) 電極組、電極組之製備方法以及包含電極組之電化學電池