电极组件和包含其的电化学装置的制造方法
电极组件和包含其的电化学装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及防止在二次电池中电极互相短路的技术。
【背景技术】
[0002] 近来，可充电/放电且轻质并具有高能量密度和高输出密度的裡二次电池已经广 泛用作无线移动装置用能源。作为混合动力电动车（肥V)、插入式混合动力电动车（P肥V)、 纯电动车触V)和电动车巧V)用电源，裡二次电池也已经吸引了相当大的注意，混合动力 电动车化EV)、插入式混合动力电动车（P肥V)、纯电动车炬EV)和电动车巧V)已经被开发 W解决由使用化石燃料的现有内燃机车辆如汽油和柴油车辆所引起的局限性如空气污染 和温室气体。
[0003] 裡二次电池根据电极类型分类为使用液体电解质的裡离子电池和使用聚合物电 解质的裡聚合物电池。另外，裡二次电池根据容纳电极组件的其壳体的形状而分类为圆柱 型、棱柱型或袋型裡二次电池。
[0004] 在该些二次电池中，袋型裡二次电池具有包含金属层（巧）和应用到该金属层的 顶面和底面的多层合成树脂膜的袋外部。因此，袋型裡二次电池可发展为轻质裡二次电池 并改变成各种形状，因为与利用金属罐的圆柱型或棱柱型裡二次电池相比，可W显著降低 电池的重量。
[0005] 袋外部包含通过在纵向上折叠矩形壳体一侧的中间部而形成的上外部和下外部。 此处，可W在下外部上进行挤压加工W形成用于容纳电极组件的空间部。具有其中堆叠主 要具有板状的正极、隔膜和负极的结构的各种电极组件容纳在下外部的空间部中。随后，注 入电解质，且将围绕下外部的空间部的边缘紧密连接到对应于下外部的上外部的边缘。然 后，将紧密连接的部分热焊接W形成密封的袋型二次电池。
[0006] 图1为示出根据相关技术的代表性袋型二次电池的一般结构的示意性分解透视 图。
[0007] 参考图1，袋型二次电池1包含电极组件10、从电极组件10延伸的电极极耳31和 32、焊接到电极极耳31和32上的电极引线51和52W及容纳电极组件1的电池盒20。
[000引电极组件10可为正极和负极与其间的隔膜依次堆叠的发电装置。电极组件10具 有堆叠或堆叠/折叠型结构。电极极耳31和32分别从电极组件10的电极板延伸。电极 引线51和52通过焊接分别电连接到分别从电极板延伸的多个电极极耳31和32。此时，电 极引线51和52各自的一部分露出于电池盒20的外部。此外，绝缘膜53可W连接到电极 引线51和52的顶面和底面各自的一部分上W增强密封性并保证相对于电池盒20的电绝 缘。
[0009] 此外，多个正极极耳31和负极极耳32分别整体结合而形成焊接部。因此，电池盒 20的内部上端与电极组件10的顶面间隔预定的距离，且焊接部的极耳31和32各自W大致 V-状弯曲（在下文中，将电极极耳和电极引线的结合部称作V-形成部41和42)。电池盒 20用侣层压片形成且提供用于容纳电极组件10的空间。另外，电池盒20具有总体袋状。 在将电极组件10构造在电池盒20的容纳部中且随后注入电解质（未示出）之后，将电池 盒20的上层压片和下层压片互相接触之处的外周面热焊接W制造二次电池。
[0010] 图2为解释上述电极组件的结构局限性的概念图。
[0011] 如图2中所示，电极组件10W其中堆叠有正极和负极的结构体现。此外，电极10 包含连接到构成正极和负极的集电器的电极极耳31和32。此处，在图2中，由侣（A1)巧 31表示的部分为正极极耳31且由铜（化）巧32表示的部分为负极极耳32。特别地，在电 极组件中，在集电器上涂布有正极活性材料的正极和在集电器上涂布有负极活性材料的负 极彼此堆叠。此外，防止正极和负极互相物理短路的隔膜设置在正极和负极之间。在该种 情况下，为了降低在通常的电极组件中正极和负极之间的物理短路的危险，负极可具有比 正极更大的尺寸。然而，正极和负极之间的物理短路可能由于隔膜在高温气氛中的收缩而 频繁地发生。
【发明内容】
[0012] 本发明的一方面提供一种二次电池，其中在电极组件的结构中用作正极极耳的正 极集电器的端部（极耳部）上设置有绝缘层W在正极/隔膜/负极的依次堆叠结构中防止 正极与负极的物理短路。
[0013] 根据本发明的另一方面，提供一种电极组件，其包含；正极和负极，其中正极集电 器和负极集电器分别涂布有正极活性材料和负极活性材料；W及设置在所述正极和所述负 极之间的隔膜，其中在构成所述正极的所述正极集电器的极耳部上设置有绝缘层。因此，在 正极/隔膜/负极的依次堆叠结构中，可W防止正极与负极之间的物理短路。
[0014] 根据本发明，可W在电极组件的结构中用作正极极耳的正极集电器的端部（极耳 部）上设置绝缘层W在正极/隔膜/负极的依次堆叠结构中防止正极与负极的物理短路。
【附图说明】
[0015] 根据结合附图进行的W下详细说明，将更清楚地理解本发明的上述及其他方面、 特征及其他优势，其中：
[0016] 图1为示出二次电池的结构的分解透视图；
[0017] 图2为解释二次电池的的结构局限性的概念图；
[0018] 图3为示出根据本发明的电极组件的结构的横截面图；及
[0019] 图4为根据本发明在正极集电器的极耳部上形成绝缘层的方法的平面图。
【具体实施方式】
[0020] 现在将参考附图详细描述本发明的例示性实施方式。在参考附图的描述中，在图 中相同的标号表示相同的元件，且因此将不提供其重复描述。尽管使用术语如"第一"和"第 二"描述各种部件，但部件不受该些术语限制。该些术语仅用于将部件区分开来。
[0021] 图3为示出根据本发明的电极组件的结构的横截面图；且图4为根据本发明在正 极集电器的极耳部上形成绝缘层的方法的平面图。
[0022] 参考图3和图4,根据本发明的电极组件可W包含正极122,其中正极集电器110 涂布有正极活性材料120 ;负极142,其中负极集电器150涂布有负极活性材料140 ;设置在 正极和负极之间的隔膜130 ;和设置在构成正极122的正极集电器110的极耳部上的绝缘 层 160。
[0023] 特别地，根据本发明的绝缘层160可W设置在正极集电器110和隔膜130之间并 被设置成与涂布有负极活性材料140的区域部分重叠。也就是说，因为负极具有大于正极 的尺寸，所W在负极和正极之间可能存在非重叠区域T3。通常，因为由于非重叠区域T3而 发生电极之间的短路，所W可W将绝缘层160设置在非重叠区域T3上。
[0024] 也就是说，绝缘层160可W被设置成与涂布有负极活性材料140的区域部分重叠。 典型地，绝缘层160可W连接到涂布有正极活性材料120的区域的端部。此外，绝缘层160 可W被设置成形成通过露出极耳部的端部而限定的露出部T2。另外，绝缘层160可W具有 约1mm~约20mm的宽度（区域T3)。在该种情况下，绝缘层160本身可W具有约lym~约 100ym的厚度。露出部T2和绝缘层160的总长度T1可W为约20mm~约30mm。
[0025] 图4为图3中的处于在正极集电器110上涂布有正极活性材料120的状态的正极 122的平面图。
[0026] 如图3中所示，形成绝缘层160的方法可W作为其中在正极集电器110的宽度方 向上在正极集电器110的涂布有正极活性材料120的区域的端部 上涂布绝缘材料的方法而 实现。
[0027] 或者，如图4中所示，形成绝缘层160的方法可W通过涂布含有至少一种陶瓷材料 的绝缘材料而实现。例如，绝缘层160可W通过涂布选自二氧化铁、碳酸巧和硫酸领的至 少一种材料或至少两种材料的混合物或者涂布含有W重量比计约10 %~约90 %的二氧化 铁、碳酸巧和硫酸领的溶液或涂料来形成。
[002引另外，绝缘层160可W通过将具有约200000W下的重均分子量的聚合物膜或乳液 结合并涂布到极耳部上而获得。在该种情况下，聚合物膜由选自聚丙締酸醋、聚苯己締、聚 丙締酸、聚丙締膳、聚己締、聚丙締、聚酷亚胺、聚氨醋和聚对苯二甲酸己二醇醋的至少一种 材料形成。或者，聚合物膜可W由了苯橡胶（SBR)基聚合物形成。
[0029] 也就是说，根据本发明的绝缘层160可W通过使用各种方法如静电纺纱、印刷、喷 涂和放液（tapping)来获得。
[0030] 下文将描述通过根据本发明的包含电极引线的二次电池确认是否出现接触缺陷 的实验例。根据本发明的电极组件可卷型（jelly-roU-type)、堆叠型或堆叠/折叠型 结构中的一种构造二次电池。在下文中，将更详细地描述本发明的实施方式。应注意，W下 实施方式并不旨在限制本发明的权利要求书的范围，而是用于例示本发明的详细说明。
[0031] {实施例}
[0032] 在正极集电器的顶部中，通过使用本领域公知的材料和方法制造电极组件，不同 之处在于自正极活性材料的端部W宽度约10mm且厚度约lOym的方式形成绝缘层。
[0033] 在本实施方式中，绝缘层通过使用含有聚合物的溶液形成，所述聚合物为改性的 SBR基聚合物，其包含少量的选自丙締酸、丙締膳和丙締酸己基己醋的至少一种单体，且含 有丙締酸了醋和苯己締作为主要组分；或者使用其中二氧化铁分散到水或甲醇中的溶液形 成。然后，通过使用绝缘层制造100个电极组件。将制造的电极组件各自构造在电池盒的 容纳部中。随后，将从电极组件的集电器延伸而伸出的多个电极极耳与引线部焊接W形成 V-形成部。然后，注入电解质，且将电池盒的上层压片和下层压片在其上互相接触的外周面 热焊接W密封电池盒，由此制造总共100个袋型二次电池。
[0034] {比较例}
[0035] 袋型二次电池通过与上述实施方式中相同的方法制造，不同之处在于省略绝缘 层。
[0036] {实验例}
[0037] 通过将在实施方式和比较例中制造的电池暴露在约100°C、约150°C和约200°C的 温度下而获得的试验结果显示在下表1中。
[003引在该实验例中，对100个电池重复进行上述试验W测定在负极处是否发生短路。
[0039][表U
[0040]
[0041] 在试验中，在应用本发明正极结构的各自具有绝缘层的所有100个二次电池中都 没有发生物理短路。然而，看到在一般比较例中出现约13%的缺陷率。
[0042] 在下文中，将描述构成根据本发明的具有上述绝缘层的电极组件的各部件的具体 材料和结构特征。
[00创正极结构
[0044] 在本发明中的基本单元体上形成的电极分为正极和负极。正极和负极W其间具有 隔膜的方式彼此相互结合而制造电极。例如，正极可W通过在正极集电器上涂布正极活性 材料、导电材料和粘合剂的混合物且随后对其上涂布了混合物的正极集电器进行干燥和挤 压加工来制造。根据需要，可W将填料添加到混合物中。该结构可片的形式获得且随 后W其中将片安装在负载漉上的形状应用到工艺中。
[0045][正极集电器]
[0046] 通常，正极集电器通常制造成具有约3 ym~约500 ym的厚度。正极集电器不受 特别限制，只要其具有高导电性而不引起电池中的不利化学变化即可。正极集电器可W由 如下形成；例如，不诱钢；侣；镶；铁；赔烧碳；或者用碳、镶、铁、银等中的一种表面处理过 的侣或不诱钢。集电器可W具有粗趟表面W改善正极活性材料的粘合强度且可W具有诸如 膜、片、巧、网、多孔体、泡沫体、无纺布体等的各种形状中的任一种。在根据本发明的上述实 施方式中，电极极耳可W由与正极集电器的材料相同的材料形成。
[0047][正极活性材料]
[0048] 在裡二次电池的情况下，正极活性材料可W包含层状化合物如裡钻氧化物 (LiCo〇2)和裡镶氧化物（LiNi化），或者被至少一种过渡金属置换的所述化合物；裡铺氧化 物，诸如化学式Lii+xMn2_x〇4(其中X为约0~约0. 33)、LiMn〇3、LiMn2〇3和LiMnO2;裡铜氧 化物（叫〇1〇2);饥氧化物，诸如LiV3〇8、LiFe3〇4、V205和化2V2O7;由化学式LiNii_xM典（其中 M=Co、Mn、A1、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且X为约0. 01~约0.扣表示的镶位点裡化的镶氧化 物；由化学式LiMrVxM典（其中M=Co、Ni、Fe、Cr、化或Ta，且X为约0. 01~约0. 1)或 Li2Mn3M〇8(其中M=Fe、Co、Ni、化或Zn)表示的裡铺复合氧化物；化学式的一部分裡被碱 ±金属离子置换的LiMri2〇4;二硫化物化合物；或由化2 (M〇〇4) 3形成的复合氧化物，但本发明 不受此限制。
[0049] 基于包含正极活性材料的混合物的总重量，导电材料通常W约1~约50重量％的 量加入。可W使用任何导电材料而不受特别限制，只要其具有合适的导电性而不引起电池 中的不利化学变化即可。例如，导电材料可W包含诸如如下的导电材料；石墨，诸如天然石 墨和人造石墨；炭黑，诸如己诀黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑；导电纤维， 诸如碳纤维和金属纤维；金属粉末，诸如碳氣化合物粉末、侣粉和镶粉；导电晶须，诸如氧 化锋和铁酸钟；导电氧化物，诸如二氧化铁；或聚苯撑衍生物。
[0050] 粘合剂为帮助活性材料和导电材料之间的粘合及与集电器的粘合的组分。基于包 含正极活性材料的化合物的总重量，粘合剂通常W约1~约50重量％的量加入。粘合剂的 实例可W包括聚偏二氣己締、聚己締醇、駿甲基纤维素（CMC)、淀粉、哲丙基纤维素、再生纤 维素、聚己締基化咯烧酬、四氣己締、聚己締、聚丙締、己締-丙締-二締立元共聚物脚DM)、 横化EPDM、了苯橡胶、氣化橡胶、各种共聚物等。
[0化1] 填料为选择性地用于抑制负极的膨胀的组分。对于填料没有特别限制，只要其不 导致电池中的不利化学变化且为纤维材料即可。填料的实例可W包括締姪聚合物，诸如聚 己締和聚丙締；和纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
[0化2] 负极结构
[0化3] 负极电极通过在负极集电器上涂布、干燥并挤压负极活性材料来形成。根据需要， 可W进一步将导电材料、粘合剂和填料选择性地加到负极中。该结构可片的形式获得 且随后W其中将片安装在负载漉上的形状应用到工艺中。
[0054][负极集电器]
[0化5] 负极集电器通常制造成具有约3ym~约500ym的厚度。负极集电器不受特别限 审IJ，只要其具有导电性而不引起电池中的不利化学变化即可。负极集电器可W由如下形成： 例如，铜；不诱钢；侣；镶；铁；赔烧碳；或用碳、镶、铁、银等中的一种表面处理过的铜、不诱 钢；侣-簡合金等。此外，类似于正极集电器，负极集电器可W具有微细粗趟表面W改善与 负极活性材料的粘合强度。负极集电器可W具有各种形状如膜、片、巧、网 、多孔体、泡沫体、 无纺布体等。在根据本发明的上述实施方式中，电极极耳可W由与负极集电器的材料相同 的材料形成。
[0056] [负极活性材料]
[0057] 例如，负极活性材料可W包含；碳，诸如硬碳和石墨基碳；复合金属氧化物，诸如 LixFe2〇3(0《X《1)、LixW〇2(0《X《1)、SrixMei-xMe' y〇z(Me ;Mn、Fe、Pb或Ge ;Me'；A1，B， P，Si，I族、II族和III族元素或面素；0<x《1 ;1《y《3;1《z《8);裡金属；裡合金； 基于娃的合金；基于锡的合金；金属氧化物，诸如SnO、Sn化、PbO、Pb化、Pb2〇3、Pb3〇4、訊2化、 Sb2〇4、Sb2〇5、GeO、Ge〇2、Bi2〇3、Bi2〇4和Bi205;导电聚合物，诸如聚己诀；或基于Li-Co-Ni的 材料。
[005引[隔膜]
[0059] 根据本发明的隔膜可W通过简单层压经由与折叠或轴制法不相关的简单层压法 制造的基本单元体来获得。特别地，在层压体中在隔膜和正极及负极之间的粘附可W通过 使用热在层压体内将隔膜片自身烙融w使得隔膜粘附并固定到正极和负极来实现。因此， 可W持续地维持压力W使得电极能够与隔膜片稳定地表面接触。
[0060] 设置在单电池的正极和负极之间的隔膜片或隔膜在材料方面不受特别限制，只要 隔膜片或隔膜具有离子能够移动的多孔结构即可。隔膜和隔膜片可W由相同材料形成或者 可W不由相同的材料形成。
[0061] 作为隔膜或隔膜片，例如可W使用具有高离子渗透率和机械强度的绝缘薄膜。隔 膜或隔膜片典型地具有约0. 01ym~约10ym的孔径和约5ym~约300ym的厚度。例如， 将由締姪聚合物如聚丙締、玻璃纤维或聚己締制成的具有耐化学性和疏水性的片或无纺布 用作隔膜或隔膜片。当将固体电解质如聚合物用作电解质时，固体电解质还可充当隔膜。隔 膜可W为聚己締膜，聚丙締膜，由该些膜的组合制成的多层膜，或者用于聚合物电解质或凝 胶型聚合物电解质如聚偏二氣己締、聚环氧己烧、聚丙締膳或聚偏二氣己締六氣丙締共聚 物的聚合物膜。
[0062] 隔膜可W具有经由热粘合实现的粘附功能W构成基本单元电池。隔膜片也可W (但不一定）具有该粘附功能。
[0063] 根据本发明的电极组件可W适用于通过使用正极和负极之间的电化学反应而发 电的电化学电池。电化学电池的代表性实例可W包括超级电容器、超电容器、二次电池、燃 料电池、所有种类的传感器、电解用机器和电化学反应器。在该些之中，电化学电池可W主 要用于二次电池。
[0064] 该种二次电池可W具有其中将可充电/放电的电极组件W浸在含离子的电解质 中的状态构造在电池盒中的结构。例如，该二次电池可W为裡二次电池。
[0065] 近年来，作为大型装置化及小型装置用电源，裡二次电池已经吸引了很多注意。当 在上述领域中应用裡二次电池时，裡二次电池可W具有很小的重量。为了降低二次电池的 重量，电极组件可W构造在由侣层压片制成的袋型盒中。因为裡二次电池在本领域中公知， 所W将不提供其详细描述。
[0066] 此外，如上所述，当将二次电池用于中-大型装置用电源时，二次电池可W具有如 下结构，其中：即使长时间使用，也最大程度地抑制其工作性能的劣化；实现优异的生命周 期；且可W在低成本下大规模生产。在该方面，包含根据本发明的电极组件的二次电池可W 用于使用该二次电池作为单元电池的中-大型电池模块。
[0067] 在包含具有所述多个二次电池的电池模块的电池组的情况下，该电池组可W用作 用于W下的至少一种电源；电动工具；电动车巧V)，包括混合动力电动车化EV)和插入式混 合动力电动车；电动自行车；电动滑板车；电动高尔夫球车；电动卡车；和电动商务车。
[0068] 中-大型电池模块可W被构造成通过串联或串联-并联连接来将多个单元电池彼 此连接而提供高输出和大容量。然而，因为该结构在本领域中公知，所W将不提供其详细描 述。
[0069] 虽然已经结合例示性实施方式显示并描述了本发明，但对本领域的技术人员显而 易见的是，可W在不脱离由附属权利要求书所限定的本发明的主旨和范围的情况下进行修 改和改变。
【主权项】
1. 一种电极组件，其包含： 正极和负极，其中正极集电器和负极集电器分别涂布有正极活性材料和负极活性材 料；以及 设置在所述正极和所述负极之间的隔膜， 其中在构成所述正极的所述正极集电器的极耳部上设置有绝缘层。2. 根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘层设置在所述正极集电器和所述隔 膜之间，且 所述绝缘层的一部分设置成与涂布有所述负极活性材料的区域重叠。3. 根据权利要求2所述的电极组件，其中所述绝缘层连接到涂布有所述正极活性材料 的区域的端部。4. 根据权利要求3所述的电极组件，其中所述绝缘层具有露出所述极耳部的端部的露 出部。5. 根据权利要求4所述的电极组件，其中所述绝缘层具有约Imm~约20mm的宽度。6. 根据权利要求5所述的电极组件，其中所述绝缘层具有约Iym~约100ym的厚度。7. 根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘层通过涂布含有至少一种陶瓷材料 的绝缘材料获得。8. 根据权利要求7所述的电极组件，其中所述绝缘层由选自二氧化钛、碳酸钙和硫酸 钡的至少一种材料或至少两种材料的混合物形成。9. 根据权利要求8所述的电极组件，其中所述绝缘层通过涂布含有以重量比计约 10%~约90%的选自二氧化钛、碳酸钙和硫酸钡的至少一种材料或至少两种材料的混合物 的溶液或涂料且随后干燥涂布材料而获得。10. 根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘层通过将具有约200000以下的重 均分子量的聚合物膜或乳液结合并涂布到所述极耳部上而获得。11. 根据权利要求10所述的电极组件，其中所述聚合物膜由选自聚丙烯酸酯、聚苯乙 烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氨酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的至 少一种材料及其组合形成。12. 根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘层包含丁苯橡胶（SBR)基聚合物。13. -种电化学装置，其包含至少一种权利要求1~12中任一项所述的电极组件。14. 根据权利要求13所述的电化学装置，其中所述电化学装置为选自二次电池、包含 多个二次电池的电池模块和包含多个电池模块的电池组中的一种。
【专利摘要】本发明公开了防止在二次电池中电极互相短路的技术。电极组件包含：正极和负极，其中正极集电器和负极集电器分别涂布有正极活性材料和负极活性材料；以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜。在构成所述正极的所述正极集电器的极耳部上设置有绝缘层。因此，可以在电极组件的结构中用作正极极耳的正极集电器的端部(极耳部)上设置有绝缘层以在正极/隔膜/负极的依次堆叠结构中防止正极与负极的物理短路。
【IPC分类】H01M2/10, H01M10/058, H01M10/04
【公开号】CN104904053
【申请号】CN201380003884
【发明人】金赫洙, 贾大根, 许准佑, 李香穆, 安昶范
【申请人】株式会社Lg化学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月27日
【公告号】EP2899791A1, EP2899791A4, US20150147629, WO2015080305A1
【技术领域】
[0001] 本发明设及防止在二次电池中电极互相短路的技术。
【背景技术】
[0002] 近来，可充电/放电且轻质并具有高能量密度和高输出密度的裡二次电池已经广 泛用作无线移动装置用能源。作为混合动力电动车（肥V)、插入式混合动力电动车（P肥V)、 纯电动车触V)和电动车巧V)用电源，裡二次电池也已经吸引了相当大的注意，混合动力 电动车化EV)、插入式混合动力电动车（P肥V)、纯电动车炬EV)和电动车巧V)已经被开发 W解决由使用化石燃料的现有内燃机车辆如汽油和柴油车辆所引起的局限性如空气污染 和温室气体。
[0003] 裡二次电池根据电极类型分类为使用液体电解质的裡离子电池和使用聚合物电 解质的裡聚合物电池。另外，裡二次电池根据容纳电极组件的其壳体的形状而分类为圆柱 型、棱柱型或袋型裡二次电池。
[0004] 在该些二次电池中，袋型裡二次电池具有包含金属层（巧）和应用到该金属层的 顶面和底面的多层合成树脂膜的袋外部。因此，袋型裡二次电池可发展为轻质裡二次电池 并改变成各种形状，因为与利用金属罐的圆柱型或棱柱型裡二次电池相比，可W显著降低 电池的重量。
[0005] 袋外部包含通过在纵向上折叠矩形壳体一侧的中间部而形成的上外部和下外部。 此处，可W在下外部上进行挤压加工W形成用于容纳电极组件的空间部。具有其中堆叠主 要具有板状的正极、隔膜和负极的结构的各种电极组件容纳在下外部的空间部中。随后，注 入电解质，且将围绕下外部的空间部的边缘紧密连接到对应于下外部的上外部的边缘。然 后，将紧密连接的部分热焊接W形成密封的袋型二次电池。
[0006] 图1为示出根据相关技术的代表性袋型二次电池的一般结构的示意性分解透视 图。
[0007] 参考图1，袋型二次电池1包含电极组件10、从电极组件10延伸的电极极耳31和 32、焊接到电极极耳31和32上的电极引线51和52W及容纳电极组件1的电池盒20。
[000引电极组件10可为正极和负极与其间的隔膜依次堆叠的发电装置。电极组件10具 有堆叠或堆叠/折叠型结构。电极极耳31和32分别从电极组件10的电极板延伸。电极 引线51和52通过焊接分别电连接到分别从电极板延伸的多个电极极耳31和32。此时，电 极引线51和52各自的一部分露出于电池盒20的外部。此外，绝缘膜53可W连接到电极 引线51和52的顶面和底面各自的一部分上W增强密封性并保证相对于电池盒20的电绝 缘。
[0009] 此外，多个正极极耳31和负极极耳32分别整体结合而形成焊接部。因此，电池盒 20的内部上端与电极组件10的顶面间隔预定的距离，且焊接部的极耳31和32各自W大致 V-状弯曲（在下文中，将电极极耳和电极引线的结合部称作V-形成部41和42)。电池盒 20用侣层压片形成且提供用于容纳电极组件10的空间。另外，电池盒20具有总体袋状。 在将电极组件10构造在电池盒20的容纳部中且随后注入电解质（未示出）之后，将电池 盒20的上层压片和下层压片互相接触之处的外周面热焊接W制造二次电池。
[0010] 图2为解释上述电极组件的结构局限性的概念图。
[0011] 如图2中所示，电极组件10W其中堆叠有正极和负极的结构体现。此外，电极10 包含连接到构成正极和负极的集电器的电极极耳31和32。此处，在图2中，由侣（A1)巧 31表示的部分为正极极耳31且由铜（化）巧32表示的部分为负极极耳32。特别地，在电 极组件中，在集电器上涂布有正极活性材料的正极和在集电器上涂布有负极活性材料的负 极彼此堆叠。此外，防止正极和负极互相物理短路的隔膜设置在正极和负极之间。在该种 情况下，为了降低在通常的电极组件中正极和负极之间的物理短路的危险，负极可具有比 正极更大的尺寸。然而，正极和负极之间的物理短路可能由于隔膜在高温气氛中的收缩而 频繁地发生。
【发明内容】
[0012] 本发明的一方面提供一种二次电池，其中在电极组件的结构中用作正极极耳的正 极集电器的端部（极耳部）上设置有绝缘层W在正极/隔膜/负极的依次堆叠结构中防止 正极与负极的物理短路。
[0013] 根据本发明的另一方面，提供一种电极组件，其包含；正极和负极，其中正极集电 器和负极集电器分别涂布有正极活性材料和负极活性材料；W及设置在所述正极和所述负 极之间的隔膜，其中在构成所述正极的所述正极集电器的极耳部上设置有绝缘层。因此，在 正极/隔膜/负极的依次堆叠结构中，可W防止正极与负极之间的物理短路。
[0014] 根据本发明，可W在电极组件的结构中用作正极极耳的正极集电器的端部（极耳 部）上设置绝缘层W在正极/隔膜/负极的依次堆叠结构中防止正极与负极的物理短路。
【附图说明】
[0015] 根据结合附图进行的W下详细说明，将更清楚地理解本发明的上述及其他方面、 特征及其他优势，其中：
[0016] 图1为示出二次电池的结构的分解透视图；
[0017] 图2为解释二次电池的的结构局限性的概念图；
[0018] 图3为示出根据本发明的电极组件的结构的横截面图；及
[0019] 图4为根据本发明在正极集电器的极耳部上形成绝缘层的方法的平面图。
【具体实施方式】
[0020] 现在将参考附图详细描述本发明的例示性实施方式。在参考附图的描述中，在图 中相同的标号表示相同的元件，且因此将不提供其重复描述。尽管使用术语如"第一"和"第 二"描述各种部件，但部件不受该些术语限制。该些术语仅用于将部件区分开来。
[0021] 图3为示出根据本发明的电极组件的结构的横截面图；且图4为根据本发明在正 极集电器的极耳部上形成绝缘层的方法的平面图。
[0022] 参考图3和图4,根据本发明的电极组件可W包含正极122,其中正极集电器110 涂布有正极活性材料120 ;负极142,其中负极集电器150涂布有负极活性材料140 ;设置在 正极和负极之间的隔膜130 ;和设置在构成正极122的正极集电器110的极耳部上的绝缘 层 160。
[0023] 特别地，根据本发明的绝缘层160可W设置在正极集电器110和隔膜130之间并 被设置成与涂布有负极活性材料140的区域部分重叠。也就是说，因为负极具有大于正极 的尺寸，所W在负极和正极之间可能存在非重叠区域T3。通常，因为由于非重叠区域T3而 发生电极之间的短路，所W可W将绝缘层160设置在非重叠区域T3上。
[0024] 也就是说，绝缘层160可W被设置成与涂布有负极活性材料140的区域部分重叠。 典型地，绝缘层160可W连接到涂布有正极活性材料120的区域的端部。此外，绝缘层160 可W被设置成形成通过露出极耳部的端部而限定的露出部T2。另外，绝缘层160可W具有 约1mm~约20mm的宽度（区域T3)。在该种情况下，绝缘层160本身可W具有约lym~约 100ym的厚度。露出部T2和绝缘层160的总长度T1可W为约20mm~约30mm。
[0025] 图4为图3中的处于在正极集电器110上涂布有正极活性材料120的状态的正极 122的平面图。
[0026] 如图3中所示，形成绝缘层160的方法可W作为其中在正极集电器110的宽度方 向上在正极集电器110的涂布有正极活性材料120的区域的端部 上涂布绝缘材料的方法而 实现。
[0027] 或者，如图4中所示，形成绝缘层160的方法可W通过涂布含有至少一种陶瓷材料 的绝缘材料而实现。例如，绝缘层160可W通过涂布选自二氧化铁、碳酸巧和硫酸领的至 少一种材料或至少两种材料的混合物或者涂布含有W重量比计约10 %~约90 %的二氧化 铁、碳酸巧和硫酸领的溶液或涂料来形成。
[002引另外，绝缘层160可W通过将具有约200000W下的重均分子量的聚合物膜或乳液 结合并涂布到极耳部上而获得。在该种情况下，聚合物膜由选自聚丙締酸醋、聚苯己締、聚 丙締酸、聚丙締膳、聚己締、聚丙締、聚酷亚胺、聚氨醋和聚对苯二甲酸己二醇醋的至少一种 材料形成。或者，聚合物膜可W由了苯橡胶（SBR)基聚合物形成。
[0029] 也就是说，根据本发明的绝缘层160可W通过使用各种方法如静电纺纱、印刷、喷 涂和放液（tapping)来获得。
[0030] 下文将描述通过根据本发明的包含电极引线的二次电池确认是否出现接触缺陷 的实验例。根据本发明的电极组件可卷型（jelly-roU-type)、堆叠型或堆叠/折叠型 结构中的一种构造二次电池。在下文中，将更详细地描述本发明的实施方式。应注意，W下 实施方式并不旨在限制本发明的权利要求书的范围，而是用于例示本发明的详细说明。
[0031] {实施例}
[0032] 在正极集电器的顶部中，通过使用本领域公知的材料和方法制造电极组件，不同 之处在于自正极活性材料的端部W宽度约10mm且厚度约lOym的方式形成绝缘层。
[0033] 在本实施方式中，绝缘层通过使用含有聚合物的溶液形成，所述聚合物为改性的 SBR基聚合物，其包含少量的选自丙締酸、丙締膳和丙締酸己基己醋的至少一种单体，且含 有丙締酸了醋和苯己締作为主要组分；或者使用其中二氧化铁分散到水或甲醇中的溶液形 成。然后，通过使用绝缘层制造100个电极组件。将制造的电极组件各自构造在电池盒的 容纳部中。随后，将从电极组件的集电器延伸而伸出的多个电极极耳与引线部焊接W形成 V-形成部。然后，注入电解质，且将电池盒的上层压片和下层压片在其上互相接触的外周面 热焊接W密封电池盒，由此制造总共100个袋型二次电池。
[0034] {比较例}
[0035] 袋型二次电池通过与上述实施方式中相同的方法制造，不同之处在于省略绝缘 层。
[0036] {实验例}
[0037] 通过将在实施方式和比较例中制造的电池暴露在约100°C、约150°C和约200°C的 温度下而获得的试验结果显示在下表1中。
[003引在该实验例中，对100个电池重复进行上述试验W测定在负极处是否发生短路。
[0039][表U
[0040]
[0041] 在试验中，在应用本发明正极结构的各自具有绝缘层的所有100个二次电池中都 没有发生物理短路。然而，看到在一般比较例中出现约13%的缺陷率。
[0042] 在下文中，将描述构成根据本发明的具有上述绝缘层的电极组件的各部件的具体 材料和结构特征。
[00创正极结构
[0044] 在本发明中的基本单元体上形成的电极分为正极和负极。正极和负极W其间具有 隔膜的方式彼此相互结合而制造电极。例如，正极可W通过在正极集电器上涂布正极活性 材料、导电材料和粘合剂的混合物且随后对其上涂布了混合物的正极集电器进行干燥和挤 压加工来制造。根据需要，可W将填料添加到混合物中。该结构可片的形式获得且随 后W其中将片安装在负载漉上的形状应用到工艺中。
[0045][正极集电器]
[0046] 通常，正极集电器通常制造成具有约3 ym~约500 ym的厚度。正极集电器不受 特别限制，只要其具有高导电性而不引起电池中的不利化学变化即可。正极集电器可W由 如下形成；例如，不诱钢；侣；镶；铁；赔烧碳；或者用碳、镶、铁、银等中的一种表面处理过 的侣或不诱钢。集电器可W具有粗趟表面W改善正极活性材料的粘合强度且可W具有诸如 膜、片、巧、网、多孔体、泡沫体、无纺布体等的各种形状中的任一种。在根据本发明的上述实 施方式中，电极极耳可W由与正极集电器的材料相同的材料形成。
[0047][正极活性材料]
[0048] 在裡二次电池的情况下，正极活性材料可W包含层状化合物如裡钻氧化物 (LiCo〇2)和裡镶氧化物（LiNi化），或者被至少一种过渡金属置换的所述化合物；裡铺氧化 物，诸如化学式Lii+xMn2_x〇4(其中X为约0~约0. 33)、LiMn〇3、LiMn2〇3和LiMnO2;裡铜氧 化物（叫〇1〇2);饥氧化物，诸如LiV3〇8、LiFe3〇4、V205和化2V2O7;由化学式LiNii_xM典（其中 M=Co、Mn、A1、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且X为约0. 01~约0.扣表示的镶位点裡化的镶氧化 物；由化学式LiMrVxM典（其中M=Co、Ni、Fe、Cr、化或Ta，且X为约0. 01~约0. 1)或 Li2Mn3M〇8(其中M=Fe、Co、Ni、化或Zn)表示的裡铺复合氧化物；化学式的一部分裡被碱 ±金属离子置换的LiMri2〇4;二硫化物化合物；或由化2 (M〇〇4) 3形成的复合氧化物，但本发明 不受此限制。
[0049] 基于包含正极活性材料的混合物的总重量，导电材料通常W约1~约50重量％的 量加入。可W使用任何导电材料而不受特别限制，只要其具有合适的导电性而不引起电池 中的不利化学变化即可。例如，导电材料可W包含诸如如下的导电材料；石墨，诸如天然石 墨和人造石墨；炭黑，诸如己诀黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑；导电纤维， 诸如碳纤维和金属纤维；金属粉末，诸如碳氣化合物粉末、侣粉和镶粉；导电晶须，诸如氧 化锋和铁酸钟；导电氧化物，诸如二氧化铁；或聚苯撑衍生物。
[0050] 粘合剂为帮助活性材料和导电材料之间的粘合及与集电器的粘合的组分。基于包 含正极活性材料的化合物的总重量，粘合剂通常W约1~约50重量％的量加入。粘合剂的 实例可W包括聚偏二氣己締、聚己締醇、駿甲基纤维素（CMC)、淀粉、哲丙基纤维素、再生纤 维素、聚己締基化咯烧酬、四氣己締、聚己締、聚丙締、己締-丙締-二締立元共聚物脚DM)、 横化EPDM、了苯橡胶、氣化橡胶、各种共聚物等。
[0化1] 填料为选择性地用于抑制负极的膨胀的组分。对于填料没有特别限制，只要其不 导致电池中的不利化学变化且为纤维材料即可。填料的实例可W包括締姪聚合物，诸如聚 己締和聚丙締；和纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
[0化2] 负极结构
[0化3] 负极电极通过在负极集电器上涂布、干燥并挤压负极活性材料来形成。根据需要， 可W进一步将导电材料、粘合剂和填料选择性地加到负极中。该结构可片的形式获得 且随后W其中将片安装在负载漉上的形状应用到工艺中。
[0054][负极集电器]
[0化5] 负极集电器通常制造成具有约3ym~约500ym的厚度。负极集电器不受特别限 审IJ，只要其具有导电性而不引起电池中的不利化学变化即可。负极集电器可W由如下形成： 例如，铜；不诱钢；侣；镶；铁；赔烧碳；或用碳、镶、铁、银等中的一种表面处理过的铜、不诱 钢；侣-簡合金等。此外，类似于正极集电器，负极集电器可W具有微细粗趟表面W改善与 负极活性材料的粘合强度。负极集电器可W具有各种形状如膜、片、巧、网 、多孔体、泡沫体、 无纺布体等。在根据本发明的上述实施方式中，电极极耳可W由与负极集电器的材料相同 的材料形成。
[0056] [负极活性材料]
[0057] 例如，负极活性材料可W包含；碳，诸如硬碳和石墨基碳；复合金属氧化物，诸如 LixFe2〇3(0《X《1)、LixW〇2(0《X《1)、SrixMei-xMe' y〇z(Me ;Mn、Fe、Pb或Ge ;Me'；A1，B， P，Si，I族、II族和III族元素或面素；0<x《1 ;1《y《3;1《z《8);裡金属；裡合金； 基于娃的合金；基于锡的合金；金属氧化物，诸如SnO、Sn化、PbO、Pb化、Pb2〇3、Pb3〇4、訊2化、 Sb2〇4、Sb2〇5、GeO、Ge〇2、Bi2〇3、Bi2〇4和Bi205;导电聚合物，诸如聚己诀；或基于Li-Co-Ni的 材料。
[005引[隔膜]
[0059] 根据本发明的隔膜可W通过简单层压经由与折叠或轴制法不相关的简单层压法 制造的基本单元体来获得。特别地，在层压体中在隔膜和正极及负极之间的粘附可W通过 使用热在层压体内将隔膜片自身烙融w使得隔膜粘附并固定到正极和负极来实现。因此， 可W持续地维持压力W使得电极能够与隔膜片稳定地表面接触。
[0060] 设置在单电池的正极和负极之间的隔膜片或隔膜在材料方面不受特别限制，只要 隔膜片或隔膜具有离子能够移动的多孔结构即可。隔膜和隔膜片可W由相同材料形成或者 可W不由相同的材料形成。
[0061] 作为隔膜或隔膜片，例如可W使用具有高离子渗透率和机械强度的绝缘薄膜。隔 膜或隔膜片典型地具有约0. 01ym~约10ym的孔径和约5ym~约300ym的厚度。例如， 将由締姪聚合物如聚丙締、玻璃纤维或聚己締制成的具有耐化学性和疏水性的片或无纺布 用作隔膜或隔膜片。当将固体电解质如聚合物用作电解质时，固体电解质还可充当隔膜。隔 膜可W为聚己締膜，聚丙締膜，由该些膜的组合制成的多层膜，或者用于聚合物电解质或凝 胶型聚合物电解质如聚偏二氣己締、聚环氧己烧、聚丙締膳或聚偏二氣己締六氣丙締共聚 物的聚合物膜。
[0062] 隔膜可W具有经由热粘合实现的粘附功能W构成基本单元电池。隔膜片也可W (但不一定）具有该粘附功能。
[0063] 根据本发明的电极组件可W适用于通过使用正极和负极之间的电化学反应而发 电的电化学电池。电化学电池的代表性实例可W包括超级电容器、超电容器、二次电池、燃 料电池、所有种类的传感器、电解用机器和电化学反应器。在该些之中，电化学电池可W主 要用于二次电池。
[0064] 该种二次电池可W具有其中将可充电/放电的电极组件W浸在含离子的电解质 中的状态构造在电池盒中的结构。例如，该二次电池可W为裡二次电池。
[0065] 近年来，作为大型装置化及小型装置用电源，裡二次电池已经吸引了很多注意。当 在上述领域中应用裡二次电池时，裡二次电池可W具有很小的重量。为了降低二次电池的 重量，电极组件可W构造在由侣层压片制成的袋型盒中。因为裡二次电池在本领域中公知， 所W将不提供其详细描述。
[0066] 此外，如上所述，当将二次电池用于中-大型装置用电源时，二次电池可W具有如 下结构，其中：即使长时间使用，也最大程度地抑制其工作性能的劣化；实现优异的生命周 期；且可W在低成本下大规模生产。在该方面，包含根据本发明的电极组件的二次电池可W 用于使用该二次电池作为单元电池的中-大型电池模块。
[0067] 在包含具有所述多个二次电池的电池模块的电池组的情况下，该电池组可W用作 用于W下的至少一种电源；电动工具；电动车巧V)，包括混合动力电动车化EV)和插入式混 合动力电动车；电动自行车；电动滑板车；电动高尔夫球车；电动卡车；和电动商务车。
[0068] 中-大型电池模块可W被构造成通过串联或串联-并联连接来将多个单元电池彼 此连接而提供高输出和大容量。然而，因为该结构在本领域中公知，所W将不提供其详细描 述。
[0069] 虽然已经结合例示性实施方式显示并描述了本发明，但对本领域的技术人员显而 易见的是，可W在不脱离由附属权利要求书所限定的本发明的主旨和范围的情况下进行修 改和改变。
【主权项】
1. 一种电极组件，其包含： 正极和负极，其中正极集电器和负极集电器分别涂布有正极活性材料和负极活性材 料；以及 设置在所述正极和所述负极之间的隔膜， 其中在构成所述正极的所述正极集电器的极耳部上设置有绝缘层。2. 根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘层设置在所述正极集电器和所述隔 膜之间，且 所述绝缘层的一部分设置成与涂布有所述负极活性材料的区域重叠。3. 根据权利要求2所述的电极组件，其中所述绝缘层连接到涂布有所述正极活性材料 的区域的端部。4. 根据权利要求3所述的电极组件，其中所述绝缘层具有露出所述极耳部的端部的露 出部。5. 根据权利要求4所述的电极组件，其中所述绝缘层具有约Imm~约20mm的宽度。6. 根据权利要求5所述的电极组件，其中所述绝缘层具有约Iym~约100ym的厚度。7. 根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘层通过涂布含有至少一种陶瓷材料 的绝缘材料获得。8. 根据权利要求7所述的电极组件，其中所述绝缘层由选自二氧化钛、碳酸钙和硫酸 钡的至少一种材料或至少两种材料的混合物形成。9. 根据权利要求8所述的电极组件，其中所述绝缘层通过涂布含有以重量比计约 10%~约90%的选自二氧化钛、碳酸钙和硫酸钡的至少一种材料或至少两种材料的混合物 的溶液或涂料且随后干燥涂布材料而获得。10. 根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘层通过将具有约200000以下的重 均分子量的聚合物膜或乳液结合并涂布到所述极耳部上而获得。11. 根据权利要求10所述的电极组件，其中所述聚合物膜由选自聚丙烯酸酯、聚苯乙 烯、聚丙烯酸、聚丙烯腈、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、聚氨酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯的至 少一种材料及其组合形成。12. 根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘层包含丁苯橡胶（SBR)基聚合物。13. -种电化学装置，其包含至少一种权利要求1~12中任一项所述的电极组件。14. 根据权利要求13所述的电化学装置，其中所述电化学装置为选自二次电池、包含 多个二次电池的电池模块和包含多个电池模块的电池组中的一种。
【专利摘要】本发明公开了防止在二次电池中电极互相短路的技术。电极组件包含：正极和负极，其中正极集电器和负极集电器分别涂布有正极活性材料和负极活性材料；以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜。在构成所述正极的所述正极集电器的极耳部上设置有绝缘层。因此，可以在电极组件的结构中用作正极极耳的正极集电器的端部(极耳部)上设置有绝缘层以在正极/隔膜/负极的依次堆叠结构中防止正极与负极的物理短路。
【IPC分类】H01M2/10, H01M10/058, H01M10/04
【公开号】CN104904053
【申请号】CN201380003884
【发明人】金赫洙, 贾大根, 许准佑, 李香穆, 安昶范
【申请人】株式会社Lg化学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2013年11月27日
【公告号】EP2899791A1, EP2899791A4, US20150147629, WO2015080305A1
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