专利名称：具有新颖叠层结构的用于二次电池的电极组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有新颖叠层结构的用于二次电池的电极组件，更 具体而言，涉及一种用于二次电池的电极组件，其中该电极组件被构造
为这样的结构，在该结构中阴极和阳极被弯曲为垂直截面为z字形状， 该阴极具有涂覆在一集电器的一主表面上的活性材料层，该阳极具有涂 覆在另一集电器的一主表面上的活性材料层，并且将所迷阴极和所述阳 极相互配合，以使所述电极活性材料层相互面对，同时在所述阴极和所 述阳极之间放置一分隔板。
背景技术：
随着移动设备的日益发展且对移动设备的需求不断增加，对于作为 移动设备的能量来源的电池需求也急剧增加。在这些电池中就有锂二次 电池，该锂二次电池有高能量密度和电压、延长的循环寿命和低自放电 率，并已商业化且得到广泛使用。
基于电极构造和电解质，锂二次电池可分为锂离子电池、锂离子聚 合物电池或锂聚合物电池。在这些电池中，锂离子聚合物电池的使用日 益增加，因为锂离子聚合物电池具有低的电解质泄漏可能性、重量轻、
制造成本低并且易于构造为多种形状。
构成二次电池且具有阴极/分隔板/阳极结构的电极组件，基于所述 电极组件的结构，可通常分为凝胶巻(巻绕)型电极组件或堆叠型电极组
件。凝胶巻型电极组件是通过以下步骤制造的将用作集电器的金属薄 片涂以电极活性材料；干燥并且压制该涂好的金属薄片；将该干燥和压 制的金属薄片切割成具有预定宽度和长度的带形；使用分隔板将阳极和 阴极相互分隔；并螺旋巻绕阳极/分隔板/阴极结构。凝胶巻型电极组件 适合于圆柱形电池；然而，凝胶巻型电极組件因电极活性材料可能被分 离并且空间利用率很低而不适于棱形电池或袋形电池。另一方面，堆叠 型电极组件是一种被构造为这样的结构的电极组件，在该结构中多个单 元阴极和阳极一个在另一个上依次堆叠。堆叠型电极组件的优点在于，堆叠型电极组件可被构造为棱形结构；然而，堆叠型电极组件的缺点在 于，用来制造堆叠型电极组件的过程即复杂又麻烦，并且当外部冲击力 施于堆叠型电极组件时，堆叠型电极组件的电极受到挤压，结果是在堆 叠型电极组件中发生短路。
为了解决上述问题，研发了一种重叠型电极组件，即一种被构造为 这样的结构的电极组件，在该结构中全电池或双电池一个在另一个上依 次堆叠——所述全电池具有预定单元尺寸的阴极/分隔板/阳极结构，所
/阴极(阳极)——4吏得所述阴极朝向相应的阳极，同时在所述全电池或 半电池之间放置有一个长的连续分隔薄板。这种重叠型电极组件的实施 例在韩国专利申请公开文本No. 2001-82058 、 No. 2001-82059和 No. 2001-82060中祐乂^开，所述专利申请以本专利申请的申请人的名义 提交。在图l和图2中清楚地示出了重叠型电极组件的结构，图l和图 2是示出用于制造该重叠型电极组件的过程的典型视图。
参考图1和图2，重叠型电极组件IO是通过几个步骤制造的，即， 切割阴极l、阳极2和分隔板5使得该阴极1、阳极2和分隔板5具有 预定尺寸的步骤，依次堆叠该切割的阴极l、阳极2和分隔板5以制造 双电池(或全电池)的步骤，使用分隔薄膜7将多个双电池6包起来的步 骤，以及电连接从阴极1和阳极2的一侧末端中突出的电极头3和4的 步骤。因此，制造过程很复杂，因而增加了制造成本和制造时间。另外， 在连接所述电极头3和4的步骤中必须使用一种附加的连接部件，并且 需要诸如熔焊等的麻烦工作。因此，进一步增加了制造成本并且增加了 电池缺陷的可能性。
鉴于此，提出了一种将电极组件制造为垂直截面为Z字形重叠结构 而非堆叠或重叠结构的方法。
例如，日本专利申请公开文本No. 2001-160393公开了一种在将诸 如双电池或全电池的阴极和阳极堆叠单元附接至分隔薄板的同时折叠 分隔薄板成Z字形以制造电极组件的方法。然而，这种制造方法像重叠 电极组件一样，需要制造电极堆叠单元的步骤和将电极堆叠单元布置到 分隔薄板上的步骤。因此，这种制造方法存在根本缺陷。
另外，韩国专利申请公开文本No. 2000-51741公开了一种将电极薄板和分隔板构造为有阴极/分隔板/阳极布置的堆叠结构并将该堆叠结
构折叠成z字形以制造电极组件的方法。这种制造方法的优点在于，与
上述日本专利申请公开文本相比，这种制造方法非常简单。然而，有阴 极/分隔板/阳极布置的堆叠结构存在一定厚度，结果是很难将该堆叠结
构折叠为z字形。而且，当向该堆叠结构施力以折叠该堆叠结构时，电
极活性材料层可能与电极集电器相分离。
因此，非常需要一种在根本上解决上述问题的技术。
发明内容
因此，本发明致力于解决上述问题以及其他待解决的技术问题。 通过大量的、为解决上述问题而进行的广泛深入研究和试验，本发 明的发明人发现，当将阴极和阳极预先弯成垂直截面为z字形状并且将 所弯曲的阴极和阳极相互配合，使得电极活性材料层相互面对，同时在 所述弯曲的阴极和阳极之间布置一分隔板来制造电极组件时，可简化制 造电池的过程，从而减少制造成本和制造时间，因此提高生产率。本发 明即基于这些发现完成的。
根据本发明的一方面，可通过提供一种用于二次电池的电极组件来 实现上述和其他目标，其中所述电极组件被构造为这样的结构，在该结
构中阴极和阳极被弯曲成垂直截面为z字形——该阴极具有涂覆在一
集电器的一主表面上的活性材料层，该阳极具有涂覆在另一集电器的一 主表面上的活性材料层——并且将所述阴极和阳极相互配合，以使所述 电极活性材料层相互面对，同时在所述阴极和所述阳极之间布置一分隔 板。
如上所述构造的电极组件的优点在于，该电极组件易于通过非常简 单的过程而加以制造，所述过程为将阴极和阳极弯曲成预定形状并将所 述阴极和阳极相互配合使得所述阴极和阳极相互重叠。
为了能容易地弯曲阴极和阳极一一该阴极具有涂覆在由金属制成
的集电器上的活性材料层，该阳极具有涂覆在由金属制成的集电器上的 活性材料层一一并且为了防止在折叠区域的电极组件的厚度增加，本发 明提出了多种结构，将在下面详细描述这些结构。
"折叠区域"是通过将电极弯曲成z字形所形成的边缘区域。沿着
5弯曲电极的方向(弯曲方向)以预定间隔布置折叠区域。基于两个相邻折 叠区域之间的距离，确定电极组件的宽度。
在优选实施方案中，在折叠区域上设置用于使电极能够被容易地弯 曲的标记,。具体而言，这些标记形成在电极的集电器上。例如，这些标 记可包括沿折叠区域以预定间隔隔开的多个孔。
在另一优选实施方案中，不向折叠区域涂抹活性材料，或者向折叠 区域稀薄地涂抹活性材料，从而可轻易完成电极的弯曲，并且防止了在 折叠区域的电极组件厚度的增加。折叠区域可通过使用图案化涂覆的方 法将活性材料层涂抹到集电器而形成。
在根据本发明的电极组件中，分隔板是由绝缘材料制成的薄的多孔 薄膜。考虑到在制造电极组件的过程中，分隔板不容易处理这一事实， 可在弯曲电极之前，将分隔板热熔焊到阴极或阳极的活性材料层。
通常，堆叠型电极组件包括多个分隔的电极，因此，在所述电极的 集电器的一侧末端或两侧末端突出一电极头，使得所述电极相互结合并 连接到外部电路，同时在电极头上没有涂覆活性材料。
另一方面，根据本发明，将单个集电器弯曲形成多个重叠的电极。 优选的是，尽管针对各自弯曲的电极可形成多个电极头，但是在各电极 的一侧或两侧不涂覆预定尺寸的活性材料层，使电极引线可附接至相应 电才及以完成电连接。
根据本发明的电极组件可变型为多种形状，这些形状将在下面被详 细描述。
作为一种优先变型，电极組件可被构造为这样的结构，在该结构中 在垂直于弯曲方向的纵向方向(侧向)上分隔板延伸的尺寸等于各个电 极宽度的倍数，多个电极相互配合，同时沿着分隔板的纵向方向，在所 述电极之间放置分隔板，并且接着沿着分隔板的纵向方向将其折叠。
作为一种优选变型，电极组件可被构造为这样的结构，在该结构中 在垂直于弯曲方向的横向方向上分隔板延伸的尺寸长于各个电极的长 度，多个电极相互配合，同时在所述电极之间放置分隔板，并且该分隔 板的延伸部分覆盖相配合的电极的外表面。在这种情况下，电极优选配 合到分隔板的除了该延伸部分之外的剩余区域。
根据本发明的另 一方面，提供了 一种包括具有上述构造的电极组件的二次电池。
优选的是，根据本发明的二次电池是锂离子聚合物电池。构成锂离 子聚合物二次电池的组件和制造锂离子聚合物二次电池的方法在本发 明所属的技术领域中是公知的，因此将不给出有关它们的详细描述。
通过以下结合附图的详细说明，将更加清晰地理解本发明的上述和其
他目的、特征和其他优点，在所述附图中
图l和图2是一个示出了制造传统重叠型电极组件的过程的典型视
图3是一个示出了在电极组件装配之前，根据本发明一优选实施方 案的电极组件的典型视图4是一个在所述电极组件装配之后，沿图3的A-A线所截取的垂 直截面图5是一个示出了可应用在图3的电极组件中的电极的实施例的平 面视图6是一个示出了可应用在图3的电极組件中的电极的另一个实施 例的平面^L图7是一个示出了在所述电极组件装配之前，根据本发明另一优选 实施方案的电极组件的典型视图8是一个示出了在所述电极组件装配之前，根据本发明再一个优 选实施方案的电极组件的典型视图；并且
图9是一个在所述电极组件装配之后，沿图8的B-B线所截取的垂 直截面图。
具体实施例方式
现在将参考附图详细描述本发明的优选实施方案。然而，应注意到 本发明的范围并不局限于所示出的实施方案。
图3是一个示出了在所述电极组件装配之前，根据本发明一优选实 施方案的电极组件的典型视图，而图4是一个在所述电极组件装配之 后，沿图3的A-A线所截取的垂直截面图。参考这些附图，电极组件IOO被构造为这样的结构，在该结构中阴 极110和阳极120被弯曲为垂直截面为Z字形——该阴极具有涂覆在集 电器111的一个主表面上的活性材料层112，该阳极具有涂覆在集电器 121的一个主表面上的活性材料层122 ——并且将阴极110和阳极120 相互配合使得电极活性材料层112和122相互面对，同时在阴极110和 阳极120之间放置一分隔板130，其被弯曲成与阴极110和阳极120相 同的形状。可在将阴极IIO和阳极120相互配合之前，将分隔板130弯 曲成与阴极110和阳极120相同的形状。可替换性地，考虑到分隔板 130的弹性薄膜特征，装配过程可以这样进行，即分隔板130不用预先 弯曲，而是在配合阴极110和阳极120的步骤中被自然弯曲。
在阴极110和阳极120的末端形成延伸部分C，电极引线(未示出) 连接到该延伸部分上以实现电连接。在延伸部分C的集电器111和121 上没有涂活性材料。
而且，阴极110和阳极120分别由金属集电器111和121组成。金 属集电器lll和121不易弯曲，相应地，折叠区域140可被修改为多种 形状。图4到图5是示出电极实施例的平面图，折叠区域的结构可从图 4到图5中得到确认。
参考图4和图5,折叠区域可"&有包括多个孔的标记160，所述孔 沿电极的集电器161的折叠区域以预定间隔分布，或者沿不存在活性材 料或当将活性材料层172涂覆到集电器171上时活性材料被稀薄涂抹的 区域，以预定间隔分布。
图7是一个示出在所述电极组件装配之前，根据本发明另一优选实 施方案的电极组件的典型视图；图8是一个示出了在电极组件装配之前 根据本发明再一个优选实施方案的电极组件的典型视图。
首先参考图7,电极组件101包括分隔板180，该分隔板在垂直于 弯曲方向x的纵向方向y上具有三倍于电极宽度w的尺寸。而且，电极 组件101也可构造为这样的结构，在该结构中三个阴极110和三个阳极 120在纵向方向y上相互配合，同时在阴极110和相应的阳极120之间 放置所述分隔板180,如图3中所示。可基于电极宽度w沿纵向方向y 折叠电极组件IOI。如图中所示出的，在阴极110和阳极120沿纵向方 向y交替布置时，阴极110和阳极120可弯曲成Z字形，使得当电极组
8件101沿纵向方向y折叠时，具有相反极性的电极相互面对。在这种情 况下，分隔板180延伸到一个足够的长度，以使其比图3的分隔板进一 步多弯曲半次，使得分隔板180放置在沿纵向方向y弯曲的阴极110和 阳极120之间。
参考图8，电极组件102包括一分隔板190,该分隔板190延伸长 于沿弯曲方向x的电极长度l。此外，电极组件102被构造为这样的结 构，在该结构中阴极IIO和120相互配合，同时在阴极IIO和相应的阳 极120之间放置一分隔板190,如图3中所示，并且使用分隔板190的 延伸部分191覆盖电极110和120的外表面。图9是在电极组件装配后， 沿着图8的B-B线所取的垂直截面图，从图9中可易于确认电极组件 102的详细结构。
在下文中，将更加详细描述才艮据本发明的实施例。然而，应注意到 本发明的范围不局限于所示的实施例。
实施例1
通过将95重量°/。的作为阴极活性材料的LiCo02、 2.5重量％的超 -P(—种导电介质)、以及2. 5重量。/。的PVdf(—种耦合介质)添加到作 为溶剂的NMP来制备阳极混合物悬浮液。正如在图4中所示出的，将阳 极混合物悬浮液涂覆到其上形成有标记的铜箔的一个主表面上，然后将 其干燥并压制以制造阳极。
使用06116肌^7"作为分隔板。沿着阴极和阳极的标记区域将阴极 和阳极弯曲成垂直截面为Z字形。分隔板也被弯曲成与阴极和阳极相同 的形状。阴极和阳极相互配合，使得阴极和阳极的活性材料层相互面对， 同时在阴极和阳极之间放置一分隔板以制造电极组件。所制造的电极组 件被安装到电池壳中，接着将电解质喷射到电池壳中，从而最终形成一 个电池。
对比实施例1
除了将阴极和阳极一个在另一个上堆叠，同时在阴极和阳极之间放 置一分隔板，并且所堆叠的阴极、阳极和分隔板被弯曲成Z字形以制造 电极组件之外，以与实施例l相同的方式制造电池。试验实施例1
根据实施例1制造10个电池，4艮据对比实施例1制造10个电池。
在电池的制造过程中，测量从阴极和阳极分离的固态粉末量。结果表明， 在根据对比实施例1制造电池的过程中从阴极和阳极中分离的固态粉 末量平均是根据实施例1制造电池过程中从阴极和阳极中分离的固态
粉末量的180%。对所分离的固态粉末的分析表明，所分离的固态粉末 包括电极活性材料、耦合介质和导电介质。对所分离的固态粉末的分析 还表明，在根据对比实施例l制造电池过程中，从阴极和阳极中分离出 相对大量的电极活性材料。
另外，对如上所述制造的电池进4亍300-循环充电和i文电测试以测 量电池的膨胀现象(延伸度)。结果表明，在根据对比实施例l制造的电 池中的四个电池发生相对大的膨胀现象。从该结果可推断出，在根据对 比实施例1制造电池过程中，没有准确进行阴极、阳极和分隔板的堆叠 和弯曲。由于很难在预定位置准确弯曲预定尺寸的阴极/分隔板/阳极结 构的电极组件，因此当使用根据对比实施例1的方法时，发生上述不匹 配现象的概率很高。
工业应用性
正如从上述描述中显而易见的是，根据本发明的电极组件具有简化 制造电池的过程的效果，从而减少制造成本和制造时间，并因此提高生 产率。
尽管已出于说明性目的公开了本发明的优选实施方案，在本技术领 域的普通技术人员将意识到，可做出多种修改、添加和替换，而在不偏 离在附属权利要求中所公开的本发明的范围和主旨。
10
权利要求
1. 一种用于二次电池的电极组件，其中所述电极组件被构造为这样的结构，在该结构中阴极和阳极被弯曲成垂直截面为Z字形——该阴极具有涂覆在一集电器的一主表面上的活性材料层，该阳极具有涂覆在另一集电器的一主表面上的活性材料层——并且将所述阴极和所述阳极相互配合，以使所述电极活性材料层相互面对，同时在所述阴极和所述阳极之间放置一分隔板。
2. 根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极的集电器在其折 叠区域设有能够使所述集电器容易被弯曲的标记。
3. 根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极的活性材料层是 图案化的涂层，以使所述折叠区域上不存在活性材料，或者将所述活性材 料稀薄地涂抹到所述折叠区域，从而可容易地实现所述电极的弯曲。
4. 根据权利要求1所述的电极组件，其中在弯曲所述电极之前，将 所述分隔板热熔焊到所述阴极或所述阳极的活性材料层。
5. 根据权利要求1所述的电极组件，其中各个电极的一侧或两侧不 涂覆预定尺寸的所述活性材料层，以使电极引线可连接至相应电极。
6. 才艮据权利要求1所述的电极组件，其中在垂直于弯曲方向的纵向 方向(侧向)上所述分隔板延伸的尺寸等于各个电极宽度的倍数，并且在 纵向方向将多个电极相互配合，然后将其折叠。
7. 根据权利要求1所述的电极组件，其中在垂直于弯曲方向的横向 方向上所述分隔板延伸得长于各个电极的长度，并且所述分隔板的延伸部 分覆盖相配合的电极的外表面。
8. —种二次电池，包括根据权利要求1到7中任一权利要求所述的 电极组件。
9. 根据权利要求8所述的二次电池，其中所述电池是锂离子聚合物 电池。
全文摘要
在本说明书中公开了一种用于二次电池的电极组件，其中所述电极组件被构造为这样的结构，在该结构中阴极和阳极被弯曲成垂直截面为Z字形——该阴极具有涂覆在一集电器的一主表面上的活性材料层，该阳极具有涂覆在另一集电器的一主表面上的活性材料层—并且将所述阴极和所述阳极相互配合，使得所述电极活性材料层相互面对，同时在所述阴极和所述阳极之间放置一分隔板。根据本发明的电极组件具有简化制造电池的过程的效果，从而减少了制造成本和制造时间，因此提高生产率。
文档编号H01M10/04GK101485033SQ200780025657
公开日2009年7月15日 申请日期2007年5月4日 优先权日2006年5月15日
发明者朴慧雄, 金旻修, 金起载 申请人:株式会社Lg化学