電極組件和鋰二次電池的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種電極組件和鋰二次電池，其中電極組件包括第一極板、兩塊第二極板，第一極板的雙面均涂覆有活性材料層,并且第一極板沿第一極板的長度方向被連續彎折成垂直截面為Z字形；第二極板的其中一面涂覆有活性材料層，并且第二極板沿第二極板的長度方向被連續彎折成垂直截面為Z字形，所述第一極板的兩個涂覆有活性材料層的面分別與兩塊所述第二極板的涂覆有活性材料層的面相對，在第一極板與所述第二極板相對的面之間設有隔離層，第一極板和第二極板分別還具有連接引線的接觸區。對生產設備要求低，易于電極組件的加工制造，電極組件的壽命相對延長。能提高電極組件的材料利用率，降低成本，并提高電池的能量密度，相同容量下相對減小電極組件的體積。
【專利說明】電極組件和鋰二次電池
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種蓄電池，尤其是涉及一種電極組件和鋰二次電池。
【背景技術】
[0002]隨著移動設備的日益發展且對移動設備的需求不斷增加，對于作為移動設備的能量來源的電池需求也急劇增加。其中，鋰二次電池由于具有高能量密度和電壓、延長的循環壽命以及低自放電率，已經商業化并得到廣泛的應用。
[0003]電極組件是構成鋰二次電池的重要部分，其通常具有多組陰極板/隔離層/陽極板的結構，目前常見的主要有卷繞型電極組件和堆疊型電極組件。
[0004]卷繞型電極組件是通過以下步驟制造的:將用作集流體的金屬箔涂以電極活性材料層；干燥并且壓制該帶電極涂層的金屬箔極片；將該干燥和壓制的極片切割成具有預定寬度和長度的帶形，制成陽極板和陰極板；使用隔離層將陽極板和陰極板分隔開，并螺旋卷繞成為陽極板/隔離層/陰極板結構。
[0005]然而卷繞型電極組件并不適合用于充電時正負極片均膨脹的電池，如鈷酸鋰/石墨體系電池，這是由于在電池充/放電循環中，其正負極會同時產生膨脹和收縮，使卷繞結構的彎曲部分容易由于應力而折斷或刺破作為隔離層的隔膜，從而增加電池內部短路現象，縮短電池的使用壽命；另外，卷繞型電極組件還因為電極活性材料層可能被分離而影響電性，并且由于空間利用率低，卷繞型電極組件不適用于方形電池。
[0006]堆疊型電極組件，采用多個具有陰極板/隔離層/陽極板結構的全電池或多個具有陰極板(陽極板)/隔離層/陽極板(陰極板)/隔離層/陰極板(陽極板)結構的雙電池依次堆疊，他們之間設置隔離層使其彼此隔離。圖1和圖2顯示了一種典型的堆疊型電極組件結構，如圖1和圖2所示，堆疊型電極組件10是通過以下步驟制造的:切割陰極板1、陽極板2和隔離層5使其具有預定尺寸，依次堆疊該切割的陰極板1、分隔板5和陽極板2以制造雙電池6，使用分隔薄膜7將多個雙電池6包起來，以及電連接從陰極板I和陽極板3的一側末端中突出的電極頭3和4。這種結構雖然能夠克服上述卷繞型電極組件的缺點，但是正負電極片的切割會產生大量的斷面，邊緣修整要求高，制造過程繁瑣，使用精密刀模也使成本提高；采用激光切割固然能減少毛刺，但另一方面，高溫切割作為陽極集流體的銅箔時產生的納米銅氧化物對電池是致命的(該雜質在電池內部的存在會導致充放電過程中形成銅枝晶引起電極間短路)，需要提供強力的除塵裝置，增加了技術難度和制造費用；另外當受到外部沖擊力而被擠壓時，堆疊型電極組件也很容易因變形而發生短路。
[0007]為了解決上述問題，有人想出了一種具有疊層結構的電極組件。如圖3所示，在該結構中，陰極板11和陽極板12同時被彎折成垂直截面為Z字形，且二者相適應，之間設置一隔離層13。可以看到，按照這個結構制造的電極組件，陽極集流體和陰極集流體都只能在單面涂敷活性材料層，材料的利用率低，制造和使用成本高，并且與卷繞型和其他堆疊型電極組件相比，相同容量下電池的體積較大。實用新型內容
[0008]基于此，本實用新型在于克服現有技術的缺陷，提供一種材料利用率高、成本低廉、壽命長、高能量密度以及易于制造的電極組件。
[0009]本實用新型還提供一種包含本實用新型所述電極組件的鋰二次電池，它結構簡單，高能量密度，易于制造，不易發生內部短路，成本低廉。
[0010]本實用新型還提供一種本實用新型所述電極組件的制造方法，工藝簡單，有利于大規模生產，能實現電極組件工業生產自動化。
[0011]其技術方案如下:本實用新型提供的一種電極組件，包括第一極板、兩塊第二極板，所述第一極板的雙面均涂覆有活性材料層，并且所述第一極板沿第一極板的長度方向被連續彎折成垂直截面為Z字形；所述第二極板的其中一面涂覆有活性材料層，并且所述第二極板沿第二極板的長度方向被連續彎折成垂直截面為Z字形，所述第一極板的兩個涂覆有活性材料層的面分別與兩塊所述第二極板的涂覆有活性材料層的面相對，在所述第一極板與所述第二極板相對的面之間設有隔離層，所述第一極板和所述第二極板分別還具有連接引線的接觸區。
[0012]下面對進一步技術方案進行說明:
[0013]優選的，所述第一極板、第二極板均包括主體區與彎折區，所述主體區與所述彎折區相連，所述第一極板被連續Z字形彎折后形成具有多個相連的折疊板的第一極板，所述第二極板被連續Z字形彎折后形成具有多個相連的折疊板的第二極板，所述彎折區為所述第一極板、第二極板上的連接相鄰折疊板的區域，在所述主體區上涂覆有活性材料層。
[0014]優選的，在所述彎折區上也涂覆有活性材料層，所述彎折區上涂覆的活性材料層的厚度小于所述主體區上涂覆的活性材料層的厚度，或者所述彎折區上涂覆的活性材料層的活性材料濃度小于所述主體區上涂覆的活性材料層的活性材料濃度。
[0015]優選的，所述第一極板的接觸區由第一極板集流體延伸形成。
[0016]優選的，所述第二極板的接觸區由第二極板集流體延伸形成。
[0017]優選的，沿所述第一極板的長度方向的第一極板的一側邊緣為第一極板的接觸區，沿所述第二極板的長度方向的第二極板的一側邊緣為第二極板的接觸區。
[0018]優選的，所述第一極板、第二極板在其彎折區設有彎折標記。
[0019]本實用新型提供的鋰二次電池，具有上述電極組件。
[0020]下面對前述技術方案的原理、效果等進行說明:
[0021]構成本實用新型所述的第一極板、與第一極板極性相反的兩第二極板，相對于推疊型電極組件，均無需切割，無斷面，即無需對電極邊緣修整，能避免由于激光高溫切割所產生的納米銅氧化物導致電池充放電過程中形成銅枝晶引起電極短路，對生產設備要求低，只需彎折成垂直截面為Z形，更易于電極組件的加工制造，相對于卷繞型電極組件，能避免卷繞結構的彎曲部分易于因應力而折斷或刺破作為隔離層的隔膜，電極組件的壽命相對延長。相對于改進的疊層結構的組件，由于第一極板采用雙面涂覆活性材料層，因此相對能提高電極組件的材料利用率，降低成本，并提高電池的能量密度，相同容量下相對減小電極組件的體積。
【專利附圖】
【附圖說明】[0022]圖1是現有技術推疊型電極組件的結構示意圖；
[0023]圖2是現有技術卷繞型電極組件的結構示意圖；
[0024]圖3是現有技術中的一種Z形疊層結構的電極組件的結構示意圖；
[0025]圖4是本實用新型實施例所述Z形疊層結構電極組件組裝之前的結構示意圖；
[0026]圖5是本實用新型實施例所述電極組件裝配之后，沿著圖4中的B-B處的截取的垂直截面圖。
[0027]附圖標記說明:
[0028]21、第一極板，22、第二極板，23、隔離層，24、第一接觸區，25、第二接觸區，26、活性材料層。
【具體實施方式】
[0029]下面對本實用新型的實施例進行詳細說明:
[0030]如圖4、5所示，本實用新型提供的一種電極組件，包括第一極板21、兩塊第二極板22，所述第一極板21的雙面均涂覆有活性材料層26，并且所述第一極板21沿第一極板21的長度方向被連續彎折成垂直截面為Z字形。所述第二極板22的其中一面涂覆有活性材料層26，并且所述第二極板22沿第二極板22的長度方向被連續彎折成垂直截面為Z字形，所述第一極板21的兩個涂覆有活性材料層26的面分別與兩塊所述第二極板22的涂覆有活性材料層26的面相對，在所述第一極板21與所述第二極板22相對的面之間設有隔離層。其中，本實用新型所述的隔離層23可為柔性的隔膜，隔膜可以不用彎曲為垂直截面為Z字形，它由于具有柔性可以被第二極板22帶入第一極板21過程中自然彎曲為垂直截面為Z字形，所述第一極板21與所述第二極板22的極性相反，當第一極板21為陰極板時，第二極板22即為陽極板，第一極板21的雙面為陰極活性材料層26，第二極板的其中一面為陽極活性材料層26。當第一極板21為陽極板時，第二極板22即為陰極板，第一極板21的雙面為陽極活性材料層26，第二極板22的其中一面為陰極活性材料層26。所述第一極板21和所述第二極板22分別還具有連接引線(圖中未示意出)的第一接觸區24和第二接觸區25。
[0031]構成本實用新型所述的第一極板21、與第一極板21極性相反的兩第二極板22，相對于推疊型電極組件，均無需切割，無斷面，即無需對電極邊緣修整，能避免由于激光高溫切割所產生的納米銅氧化物導致電池充放電過程中形成銅枝晶引起電極短路，對生產設備要求低，只需彎折成垂直截面為Z形，更易于電極組件的加工制造，相對于卷繞型電極組件，能避免卷繞結構的彎曲部分易于因應力而折斷或刺破作為隔離層26的隔膜，電極組件的壽命相對延長。相對于改進的疊層結構的組件，由于第一極板21采用雙面涂覆活性材料層，因此相對能提高電極組件的材料利用率，降低成本，并提高電池的能量密度，相同容量下相對減小電極組件的體積。
[0032]如圖4所示，所述第一極板21、第二極板22均包括主體區與彎折區，所述主體區與所述彎折區相連，所述第一極板21被連續Z字形彎折后形成具有多個相連的折疊板的第一極板21，所述第二極板22被連續Z字形彎折后形成具有多個相連的折疊板的第二極板22，所述彎折區為所述第一極板21、第二極板22上的連接相鄰折疊板的區域，在所述主體區上涂覆有活性材料層26。
[0033]在其中一個實施例中，在所述彎折區上也涂覆有活性材料層26，所述彎折區上涂覆的活性材料層26的厚度小于所述主體區上涂覆的活性材料層26的厚度，或者所述彎折區上涂覆的活性材料層26的活性材料濃度小于所述主體區上涂覆的活性材料層26的活性材料濃度。相鄰彎折區之間的距離即可確定折疊板的寬度以及所形成的電極組件的寬度，在彎折區不涂覆或稀薄涂覆活性材料層26的目的是減少彎折區的厚度，從而便于將第一極板21、第二極板22彎曲。所述第一極板21的第一接觸區24由第一極板集流體延伸形成，且未涂覆活性材料層。所述第二極板22的第二接觸區25由第二極板22集流體延伸形成，且未涂覆活性材料層26。所述第一極板21、第二極板22的邊緣區域未涂覆活性材料層26，所述邊緣區域為接觸區。在其中一個實施例中，所述第一極板21、第二極板22在其彎折區域設有彎折標記。可以根據該預先制定的彎折標記來彎折第一極板21、第二極板22以及在第一極板21、第二極板22表面涂覆活性材料層26，能提高生產效率，提高電機組件的產品質量。
[0034]本實用新型提供的鋰二次電池，具有上述電極組件。
[0035]本實用新型提供的電極組件的制造方法，包括如下步驟:
[0036]準備一塊第一集流體，與所述第一集流體大小相同的兩塊第二集流體；
[0037]在第一集流體的雙面主體區上涂覆活性材料層形成第一極板21，并且將所述第一集流體連續等間距彎折成垂直截面為Z字形，將所述第二集流體其中一面主體區涂覆活性材料層形成第二極板22，并且將所述第二集流體連續等間距彎折成垂直截面為Z字形；
[0038]將所述第一極板21的雙面與兩塊所述第二極板22涂覆有活性材料層的面相對，并在第一極板21的雙面均設有垂直截面為Z形的隔離層；
[0039]將兩塊所述第二極板22從第一極板21的兩側插入到所述第一極板21中；其中，所述第一極板21上任意相連的兩個折疊板均被所述第二極板22上的折疊板分隔開；
[0040]層疊所述第一極板21、所述第二極板22形成電極組件。
[0041]本實用新型所述電極組件的方法簡單，電極組件的生產效率高。
[0042]在其中一個實施例中，先在所述第一集流體的雙面主體區涂覆活性材料層，再將所述第一集流體連續等間距彎折成垂直截面為Z字形；
[0043]先在所述第二集流體的其中一面主體區涂覆活性材料層，再將所述第二集流體連續等間距彎折成垂直截面為Z字形。
[0044]在其中一個實施例中，所述隔離層26分別位于所述第一極板21的兩側，且沿著第一極板21板面連續彎折成垂直截面為Z字形。隔離層26具有一定強度，事先可彎曲成垂直截面為Z字形，與第一極板21、兩個第二極板22 —起裝配，節省時間，提高裝配效率。
[0045]在其中一個實施例中，所述第二極板22帶動隔膜插入所述第一極板21經彎折后形成的相對面之間，隔膜沿著第一極板21板面被彎折成為所述隔離層23。
[0046]在其中一個實施例中，所述第一極板21每一彎折邊的寬度與所述第二極板22每一彎折邊的寬度相同。
[0047]在其中一個實施例中，所述第一極板21、兩塊所述第二極板22為相同形狀的Z字形，所述第一極板21、兩塊所述第二極板22具有相同塊數的折疊板。
[0048]以上所述實施例僅表達了本實用新型的【具體實施方式】，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本實用新型專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本實用新型的保護范圍。
【權利要求】
1.一種電極組件，其特征在于，包括第一極板、兩塊第二極板，所述第一極板的雙面均涂覆有活性材料層，并且所述第一極板沿第一極板的長度方向被連續彎折成垂直截面為Z字形；所述第二極板的其中一面涂覆有活性材料層，并且所述第二極板沿第二極板的長度方向被連續彎折成垂直截面為Z字形，所述第一極板的兩個涂覆有活性材料層的面分別與兩塊所述第二極板的涂覆有活性材料層的面相對，在所述第一極板與所述第二極板相對的面之間設有隔離層，所述第一極板和所述第二極板分別還具有連接引線的接觸區。
2.根據權利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述第一極板、第二極板均包括主體區與彎折區，所述主體區與所述彎折區相連，所述第一極板被連續Z字形彎折后形成具有多個相連的折疊板的第一極板，所述第二極板被連續Z字形彎折后形成具有多個相連的折疊板的第二極板，所述彎折區為所述第一極板、第二極板上的連接相鄰折疊板的區域，在所述主體區上涂覆有活性材料層。
3.根據權利要求2所述的電極組件，其特征在于，在所述彎折區上也涂覆有活性材料層，所述彎折區上涂覆的活性材料層的厚度小于所述主體區上涂覆的活性材料層的厚度，或者所述彎折區上涂覆的活性材料層的活性材料濃度小于所述主體區上涂覆的活性材料層的活性材料濃度。
4.根據權利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述第一極板的接觸區由第一極板集流體延伸形成。
5.根據權利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述第二極板的接觸區由第二極板集流體延伸形成。
6.根據權利要求1所述的電極組件，其特征在于，沿所述第一極板的長度方向的第一極板的一側邊緣為第一極板的接觸區，沿所述第二極板的長度方向的第二極板的一側邊緣為第二極板的接觸區。
7.根據權利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述第一極板、第二極板在其彎折區設有彎折標記。
8.一種鋰二次電池，包括權利要求1到7任一所述的電極組件。
【文檔編號】H01M10/058GK203800123SQ201420155316
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年4月1日 優先權日:2014年4月1日
【發明者】黃學杰, 王小剛 申請人:廣州中國科學院工業技術研究院, 中國科學院物理研究所