專利名稱：線纜型二次電池的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自由改變形狀的線纜型二次電池，更具體地，本發明涉及如下一種線纜型二次電池:它具有結構改進的、包圍線纜型電極組件的覆材(覆蓋構件)。
背景技術：
本申請要求2010年10月19日在韓國提交的韓國專利申請N0.10-2010-0101888的優先權，其全部內容在此通過弓I用的方式并入。近來，無線通信技術的發展已經引起了移動設備的普及，為了跟上該趨勢，非常傾向于使用二次電池作為移動設備的電源。二次電池也用作環保的下一代汽車(例如電動車輛和混合動力車輛)的動力源。如上所述，隨著二次電池在多種領域中的使用率的急劇增加，二次電池的輸出功率、容量、結構等也根據二次電池的使用領域的特性而多樣化。通常，二次電池設有電極組件，該電極組件包括陽極、陰極以及介于陽極和陰極之間的隔膜，陽極和陰極中的每一個均具有在表面上涂布有活性材料的板狀集流體。電極組件與液體電解質或固體電解質一起容納在圓柱形或棱柱形金屬外殼中或容納在由鋁制層壓片構成的袋型外殼中。為增大二次電池的容量，電極組件可以是卷繞型電極組件或堆疊型電極組件，在卷繞型電極組件中，陰極片、隔膜片和陽極片卷繞在一起，在堆疊型電極組件中，多個薄板狀的單元電極依次堆疊在一起。因此，電極組件的電極(陰極和陽極)大致具有板狀結構。常規板狀電極結構的優點是在卷繞或堆疊時具有高的集成度，但它難以適應性地改變結構以滿足工業領域的要求。而且，這種板狀電極結構存在多種問題:在充電/放電期間，電極的體積變化很敏感，電池單體中產生的氣體不易排出，并且電極之間的電勢差可能增大。特別地，為了滿足消費者的各種需求，使用二次電池的設備的種類正變得多樣化，并且這類設備的設計得到了大量的重視。然而，具有特定形狀的設備需要提供用于安裝具有傳統結構和/或形狀(圓柱形、棱柱形或袋型)的二次電池的獨立部分或空間，這在無線技術的擴展或新設計的開發方面成為很大的障礙。例如，當新開發的設備具有用于安裝二次電池的狹長空間時，基本不可能從結構上改變該二次電池(其包括由現有的板狀電極構成的電極組件)以使其結構適合于安裝空間，或者這么做效率非常低。換言之，由于常規的圓柱形、鈕扣型和棱柱形電池具有特定的形狀，所以，這類電池不能自由變形，其用途受到限制。因此，這些電池難以根據其應用場合而適應性地變形，例如扭轉或彎曲。為了解決上述問題，本申請人已經公開了發明名稱為“具有新型結構的電極組件和包括該電極組件的二次電池”的韓國專利N0.10-0804411 (2006年I月17日提交申請，并于2008年2月12日登記)。然而，這種二次電池(在下文中，稱為“線纜型二次電池”)的柔性仍然不足。而且，當線纜型二次電池由于過大的外力而變形時，活性材料可能從其活性材料層上脫落。
發明內容
本發明的目的在于提供一種具有改進的結構的二次電池，其能夠容易地改變形狀，并維持穩定性和優異的性能。 本發明的線纜型二次電池可包括電極組件和包圍該電極組件的覆蓋構件，該電極組件包括:細長形狀的第一電極和第二電極；以及介于第一電極和第二電極之間的隔膜或電解質，每個電極均包括集流體和電極活性材料，該集流體具有與其縱向方向垂直的圓形、非對稱橢圓或多邊形橫截面，所述電極活性材料涂布到該集流體的表面上，其中，所述覆蓋構件在電極組件的方向上至少局部具有預定的凹凸圖案。該凹凸圖案不限于特定形狀，但可以是鋸齒形圖案。在本發明的線纜型二次電池中，所述電極組件可以包括:第一集流體；第一活性材料層，該第一活性材料層由以預定間距隔開的第一活性材料形成在第一集流體的外表面上；電解質層，該電解質層包圍第一活性材料層；第二活性材料層，該第二活性材料層由與第一活性材料對應的第二活性材料形成在電解質層的外表面上；以及第二集流體，該第二集流體包圍第二活性材料層。所述覆蓋構件能夠具有與第一活性材料層及第二活性材料層的形狀相對應的形狀。在這種情況下，所述第一電極可以是陽極，而所述第二電極可以是陰極。優選地，所述集流體由如下材料制成:不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結碳或銅；用碳、鎳、鈦或銀進行表面處理的不銹鋼；鋁_鎘合金；用導電材料進行表面處理的非導電聚合物；或導電聚合物。所述導電材料可以是聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、銦錫氧化物(ITO)、銅、銀、鈀或鎳。所述導電聚合物可以是聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、或聚氮化硫O所述陽極活性材料可 以包括從如下組中選出的任一種材料的活性材料粒子:天然石墨、人造石墨或含碳材料；含鋰的鈦復合氧化物(LTO);包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe在內的金屬(Me);所述金屬(Me)的合金；所述金屬(Me)的氧化物(MeOx);以及所述金屬(Me)和碳的復合物或其混合物。所述陰極活性材料可以包括從如下組中選出的任一種材料的活性材料粒子:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 和LiNi1HCoxMlyICzO2,或它們的混合物(上述Ml和M2各自獨立地選自如下組中的任一種:Al、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo，并且x、y和z各自獨立地是所述氧化物中的每一個組分的原子分數，其中 O < x〈0.5,0^ y<0.5,0^ ζ〈0.5, x+y+z Si)。所述電解質層可以由選自如下組的電解質形成:聚環氧乙烷(ΡΕ0)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的凝膠狀聚合物電解質JPPEO、聚環氧丙烷(PPO)、聚乙烯亞胺(PEI)、聚乙烯硫化物(PES)或PVAc的固體聚合物電解質。在本發明的線纜型二次電池中，所述電解質層還可以包含鋰鹽。該鋰鹽可以是LiCl、LiBr、Li1、LiC104、LiBF4、LiB1(lCl1(l、LiPF6、LiCF3S03、LiCF3C02、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3L1、CF3SO3L1、(CF3SO2)2NLl氯硼烷鋰、脂肪族低級碳酸鋰或四苯基硼酸鋰。根據以上教導，通過使用具有凹凸圖案的、改進的覆蓋構件來保護和/或包覆(coating)電極組件，本發明的線纜型二次電池可以具有增大的柔性。
附圖示出了本發明的優選實施例，它們與前述發明內容一起用于提供對本公開的技術思想的進一步理解。然而，不應局限于這些附圖來解釋本發明。圖1是根據本發明實施例的線纜型二次電池的截面圖。圖2是根據本發明實施例的、具有活性材料圖案層的線纜型二次電池的截面圖。附圖標記
100:線纜型二次電池101:覆蓋構件 102:電極組件200:線纜型二次電池
201:覆蓋構件202:集流體
203:活性材料層204:電解質層
205:活性材料層206:集流體
具體實施例方式為了幫助讀者全面理解本文所描述的方法、設備和/或系統，提供了以下詳細說明。相應地，本領域的技術人員將能想到本文所描述的系統、設備和/或方法的各種變體、變型和等同物。而且，為了提高清楚和簡明度，將省略對于眾所周知的功能和構造的描述。圖1和2示意性 地示出了根據本發明的線纜型二次電池。盡管示出并描述了本發明的數個示例性實施例，但本發明不限于所描述的示例性實施例。而是，應當理解，對本領域技術人員而言，在不脫離由權利要求及其等同物限定的本發明原理和精神的前提下，能夠對這些示例性實施例進行改變。參考圖1，根據本發明實施例的線纜型二次電池100可以包括電極組件102和包圍該電極組件102的覆蓋構件101，該電極組件102包括細長形狀的第一電極和第二電極以及介于該第一電極和第二電極之間的隔膜或電解質，每個電極均包括集流體和電極活性材料，該集流體具有與其縱向方向垂直的圓形、非對稱橢圓或多邊形橫截面，并且，該電極活性材料涂布到所述集流體的表面上。覆蓋構件101可以在電極組件102的方向上至少局部具有預定的凹凸圖案。所述凹凸圖案不限于特定形狀的圖案，但可以是鋸齒形圖案。本發明的線纜型二次電池具有柔性和縱向延伸的直線結構，因而可以自由改變形狀。本發明的電極組件102不限于特定的類型，它可以是任意類型的電極組件，其包括陽極和陰極以及在陽極和陰極之間的作為離子通道的隔膜或電解質，以允許通常的電化學反應。在這種情況下，陰極由陰極集流體和陰極活性材料構成，并且，陽極由陽極集流體和陽極活性材料構成。包圍該電極組件102的覆蓋構件101能夠在電極組件102的方向上至少局部具有預定的凹凸圖案，優選是鋸齒形圖案，以增加線纜型二次電池的柔性。具有凹凸圖案的覆蓋構件101的凹入部分具有良好的柔性，因此可以增加整個線纜型二次電池的柔性，并且，其凸出部分較早地對外部刺激作出反應，因此可以保護該線纜型二次電池免受物理沖擊。因此，覆蓋構件101可以增加線纜型二次電池的柔性，同時保護該線纜型二次電池。本發明的覆蓋構件101可以形成在外部集流體的外表面上，并且可以充當絕緣體，以保護電極免受空氣中的水分或外部沖擊的影響。覆蓋構件101可以由典型的聚合物樹脂形成，例如聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)或環氧樹脂。本發明的電極組件102可以包括活性材料圖案層，該活性材料圖案層由彼此以預定間距隔開的電極活性材料形成。參考圖2，該電極組件可以包括:第一集流體202 ;第一活性材料層203，該第一活性材料層203由彼此以預定間距隔開的第一活性材料形成在第一集流體202的外表面上；電解質層204，該電解質層204包圍第一活性材料層203 ;第二活性材料層205，該第二活性材料層205由與第一活性材料對應的第二活性材料形成在電解質層204的外表面上；以及第二集流體206，該第二集流體206包圍第二活性材料層205。優選地，覆蓋構件201可以具有與第一活性材料層203及第二活性材料層205的形狀相對應的形狀。二次電池的電極活性材料層包括電極活性材料、粘合劑和導電材料,并且該電極活性材料層與集流體一起形成電極。當電極由于外力而變形時，尤其是電極被折曲或斷裂時，電極活性材料可能從電極活性材料層上脫落。然而，本發明的電極組件具有這樣的電極活性材料圖案層，其中:當施加了過大外力時，未設有電極活性材料的部分較早變形，而電極活性材料層較少受到變形，因此防止了電極活性材料從電極活性材料層上脫落。優選地，所述集流體由如下材料制成:不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結碳或銅；用碳、鎳、鈦或銀進行表面處理的不銹鋼；鋁_鎘合金；用導電材料進行表面處理的非導電聚合物；或導電聚合物。所述導電材料可以是:聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、銦錫氧化物(ITO)、銅、銀、鈀或鎳。所述導電聚合物可以是聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩或聚硫氮化物。所述陽極活性材料可 以包括但不限于:天然石墨、人造石墨、含碳材料；含鋰的鈦復合氧化物(LTO);諸如S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金屬(Me);所述金屬(Me)的合金；所述金屬(Me)的氧化物(MeOx);以及所述金屬(Me)和碳的復合物。所述陰極活性材料可以包括但不限于:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4' LiCoPO4' LiFePO4' LiNiMnCoO2 和LiNimCoxMlyI^zO2 (上述Ml和M2各自獨立地選自如下組中的任一種:Al、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo,并且x、y和z各自獨立地是所述氧化物中的每一個組分的原子分數，其中 O 彡 χ〈0.5,0 彡 y<0.5,0 彡 ζ〈0.5，x+y+z 彡 I)。所述電解質層可以由如下材料形成:聚環氧乙烷(PEO)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的凝膠狀聚合物電解質；或者，ΡΕ0、聚環氧丙烷(PPO)、聚乙烯亞胺(PEI)、聚乙烯硫化物(PES)或PVAc的固體聚合物電解質。在本發明的線纜型二次電池中，所述電解質層還可以包括鋰鹽。所述鋰鹽例如可以包括但不限于:LiCl、LiBr, Lil、LiClO4' LiBF4' LiB10Cl10' LiPF6, LiCF3SO3' LiCF3CO2'LiAsF6, LiSbF6, LiAlCl4, CH3SO3Li, CF3SO3Li, (CF3SO2) 2NL1、氯硼烷鋰、脂肪族低級碳酸鋰和四苯基硼酸鋰。下面，將簡要說明制造上述線纜型二次電池的方法。根據本發明一個實施例的線纜型二次電池100可以包括電極組件102和包圍該電極組件102的覆蓋構件101，該電極組件102包括細長形狀的陽極和陰極以及介于陽極和陰極之間的隔膜或電解質層，陽極或陰極包括集流體和電極活性材料，該集流體具有與其縱向方向垂直的圓形、非對稱橢圓或多邊形橫截面，所述電極活性材料涂布到該集流體的表面上。覆蓋構件101可以在電極組件102的方向上至少局部具有預定的鋸齒形圖案。首先，制備線狀(wire-type)的線性陽極集流體，并用陽極活性材料層對其進行表面涂覆。在這種情況下，可以使用通常的涂覆處理，尤其是電鍍處理或陽極氧化處理(anodic oxidation process)。而且,可以使用通過擠出機進行的、包括活性材料的電極衆料(eletrode slurry)的擠壓涂覆，以維持規則的間距。隨后，用電解質層對陽極活性材料層進行表面涂覆。在這種情況下，用于形成電解質層的方法不受特別限制，但由于電池的特性，在制造線性的線纜型二次電池中使用擠壓涂覆是有利的。然后，用陰極活性材料層對電解質層進行表面涂覆。與陽極活性材料層相同的涂覆方法也適用于陰極活性材料層。接下來，在陰極活性材料層的外表面上形成管式陰極集流體。最后，在該管式陰極集流體的外表面上形成覆蓋構件。該覆蓋構件形成在最外側的表面上，并可以充當絕緣體，以保護電極免受空氣中的水分或外部沖擊的影響。所述覆蓋構件可以由通常的聚合物樹脂制成，例如PVC、HDPE或環氧樹脂。特別地，在形成所述覆蓋構件之后，根據本發明的覆蓋構件的鋸齒形圖案能夠通過進一步的過程來形成，或者能夠在形成所述覆蓋構件時使用具有相應鋸齒形圖案的模具來形成。
權利要求
1.一種線纜型二次電池，包括: 電極組件；和 覆蓋構件，所述覆蓋構件包圍所述電極組件， 所述電極組件包括: 細長形狀的第一電極和第二電極，每個電極均包括集流體和電極活性材料，所述集流體具有與所述集流體的縱向方向垂直的圓形、非對稱橢圓或多邊形橫截面，所述電極活性材料涂布到所述集流體的表面上，以及 介于所述第一電極和第二電極之間的隔膜或電解質層， 其中，所述覆蓋構件在所述電極組件的方向上至少局部具有預定的凹凸圖案。
2.根據權利要求1所述的線纜型二次電池， 其中，所述凹 凸圖案是鋸齒形圖案。
3.根據權利要求1所述的線纜型二次電池， 其中，所述電極組件包括:第一集流體；第一活性材料層，所述第一活性材料層由以預定間距隔開的第一活性材料形成在所述第一集流體上；電解質層，所述電解質層包圍所述第一活性材料層；第二活性材料層，所述第二活性材料層由與所述第一活性材料對應的第二活性材料形成在所述電解質層上；以及第二集流體，所述第二集流體包圍所述第二活性材料層，并且 所述覆蓋構件具有與所述第一活性材料層及所述第二活性材料層的形狀相對應的形狀。
4.根據權利要求1所述的線纜型二次電池， 其中，所述第一電極是陽極，而所述第二電極是陰極。
5.根據權利要求1所述的線纜型二次電池， 其中，所述第一活性材料包括從如下組中選出的任一種材料的活性材料粒子:天然石墨、人造石墨或含碳材料；含鋰的鈦復合氧化物(LTO);包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe在內的金屬(Me);所述金屬(Me)的合金；所述金屬(Me)的氧化物(MeOx);以及所述金屬(Me)和碳的復合物，或其混合物。
6.根據權利要求1所述的線纜型二次電池， 其中，所述第二活性材料包括從如下組中選出的任一種材料的活性材料粒子:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2 和 LiNimzCoxMlyI^zO2 或它們的混合物(上述Ml和M2各自獨立地選自如下組中的任一種:A1、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo，并且X、y和z各自獨立地是所述氧化物中的每一個組分的原子分數，其中O ( x〈0.5，O ^ y<0.5,0^ ζ〈0.5, x+y+z Si)。
7.根據權利要求1所述的線纜型二次電池， 其中，所述第一集流體由如下材料制成:不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結碳或銅；用碳、鎳、鈦或銀進行表面處理的不銹鋼；鋁_鎘合金；用導電材料進行表面處理的非導電聚合物；或導電聚合物。
8.根據權利要求1所述的線纜型二次電池， 其中，所述第二集流體由如下材料制成:不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結碳或銅；用碳、鎳、鈦或銀進行表面處理的不銹鋼；鋁_鎘合金；用導電材料進行表面處理的非導電聚合物；或導電聚合物。
9.根據權利要求7或8所述的線纜型二次電池， 其中，所述導電材料是從如下組中選出的任一種材料:聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、銦錫氧化物(ITO)、銅、銀、鈀和鎳，或它們的混合物。
10.根據權利要求7或8所述的線纜型二次電池， 其中，所述導電聚合物是從如下組中選出的任一種材料:聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚氮化硫，或它們的混合物。
11.根據權利要求1所述的線纜型二次電池， 其中，所述電解質層由選自如下組的電解質形成:聚環氧乙烷(ΡΕ0)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈(PAN)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的凝膠狀聚合物電解質JPPEO、聚環氧丙烷(PPO)、聚乙烯亞胺(PEI)、聚乙烯硫化物(PES)或PVAc的固體聚合物電解質。
12.根據權利要求1所述的線纜型二次電池， 其中，所述電解質層還包括鋰鹽。
13.根據權利要求12所述的線纜型二次電池， 其中，所述鋰鹽是選自如下組的任一種材料=LiCl、LiBr, Li1、LiClO4, LiBF4, LiB10Cl10,LiPF6, LiCF3SO3' LiCF3CO2' LiAsF6, LiSbF6' LiAlCl4, CH3SO3Li' CF3SO3Li' (CF3SO2)2NLi'氯硼烷鋰、脂肪族低級碳酸鋰和四苯`基硼酸鋰，或它們的混合物。
全文摘要
本發明涉及一種線纜型二次電池，包括電極組件，所述電極組件還包括第一極性電極和第二極性電極，所述電極中的每一個電極均以細長形狀形成在集流體表面上，所述集流體的橫截面以圓形、非對稱橢圓形或多邊形形狀與所述集流體的縱向方向形成直角，所述電極的表面涂布有電極活性材料，所述電極組件還包括介于第一極性電極和第二極性電極之間的電解質或隔膜；以及用于覆蓋電極組件的覆蓋構件，其中，覆蓋構件設有預定形式的不均勻圖案，其在電極組件的方向上至少局部地凹進或突出。由于覆蓋構件設有具有不均勻結構的不均勻圖案，所以本發明是高度柔性的。此外，當將具有不均勻結構的覆蓋構件應用到線纜型二次電池時，所述線纜型二次電池被提供有形成所述圖案的活性材料層，能夠使柔性最大化。
文檔編號H01M2/04GK103201873SQ201180050622
公開日2013年7月10日 申請日期2011年10月13日 優先權日2010年10月19日
發明者權友涵, 金帝映, 申憲澈 申請人:株式會社Lg化學