电极组件及其制造方法与流程

电极组件及其制造方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求受益于2019年11月19日提交的韩国专利申请no.10-2019-0148934，该申请的全部内容通过引用纳入本文中。
技术领域
3.本发明涉及一种电极组件及其制造方法，更具体而言，涉及一种电极组件，其形成为包括电极绝缘层的多层结构，并且能够在没有单独的连接部分的情况下容易地将一个电极引线连接到多个电极接头，并且涉及用于制造该电极组件的方法。


背景技术：

4.一般来说，二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池。这样的二次电池应用于并用于小型产品(如数码相机、p-dvd、mp3p、移动电话、pda、便携式游戏装置、电动工具、电动自行车等)以及需要高功率的大型产品(如电动车辆和混合动力车辆、用于储存剩余电力或可再生能量的电力存储装置以及备用电力存储装置)。
5.为了制造电极组件，制造并层叠阴极(下文中称为正极)、隔膜和阳极(下文中称为负极)。具体而言，将正极活性材料浆施加至正极集流器，并将负极活性材料浆施加至负极集流器，以制造正极和负极。另外，当隔膜插设并层叠在制造的正极和制造的负极之间时，形成单元电池。单元电池彼此层叠以形成电极组件。另外，当电极组件容纳在特定壳体中并且注入电解质时，制造出二次电池。
6.然而，根据现有技术，诸如正极和负极之类的电极形成为单层结构，以便电力在电极的两个表面之间流动。因此，当电极组件由于外部冲击而损坏时，电极的一个表面上发生短路，同时，电极的另一个表面上也发生短路，引起爆炸或类似的风险。


技术实现要素：

7.技术问题
8.为解决上述问题，本发明的一个目的是提供一种电极组件，该电极组件形成包括电极绝缘层的多层结构，并且能够在没有单独的连接部分的情况下容易地将一个电极引线连接到多个电极接头，并且本发明提供用于制造该电极组件的方法。
9.本发明的目的不限于上述目的，但本领域的技术人员将根据下面的描述清楚地理解在本文中描述的其他目的。
10.技术方案
11.根据本发明的一个实施方式的用于解决以上问题的电极组件的制造方法包括：将正极活性材料施加到正极集流器的至少一部分以制造正极，并将负极活性材料施加到负极集流器的至少一部分以制造负极的步骤，其中所述正极集流器通过依次层叠第一正极箔、正极绝缘层和第二正极箔而形成，所述负极集流器通过依次层叠第一负极箔、负极绝缘层和第二负极箔而形成；在所述正极和所述负极之间插设隔膜的步骤；从所述正极集流器中
的没涂覆有所述正极活性材料的正极接头的至少部分区域以及所述负极集流器中的没涂覆有所述负极活性材料的负极接头的至少部分区域分别去除所述正极绝缘层和所述负极绝缘层的步骤，以及将正极引线和负极引线分别与所述正极接头和所述负极接头连接的步骤。
12.此外，去除所述正极绝缘层和所述负极绝缘层的所述步骤可以包括将所述正极接头和所述负极接头浸入有机溶剂中的步骤。
13.此外，所述正极绝缘层和所述负极绝缘层中的每一者均可以包括pet。
14.此外，所述有机溶剂可以包括丙酮。
15.此外，所述正极接头和所述负极接头中的每一者均可以在其总长度的20％至80％的范围内浸入所述有机溶剂中。
16.此外，所述正极接头和所述负极接头可以浸入所述有机溶剂中30秒至2分钟。
17.此外，去除所述正极绝缘层和所述负极绝缘层的步骤可以进一步包括在将所述正极接头和所述负极接头浸入所述有机溶剂中的步骤之后，干燥所述有机溶剂的步骤。
18.此外，去除所述正极绝缘层和所述负极绝缘层的步骤可以包括将所述有机溶剂注射到所述正极接头和所述负极接头上的步骤。
19.根据本发明的一个实施方式的用于解决以上问题的一种电极组件包括：正极，在所述正极中正极活性材料施加到正极集流器的至少一部分；负极，在所述负极中负极活性材料施加到负极集流器的至少一部分；以及隔膜，所述隔膜插设在所述正极和所述负极之间，其中，所述正极集流器通过依次层叠第一正极箔、正极绝缘层和第二正极箔而形成，所述负极集流器通过依次层叠第一负极箔、负极绝缘层和第二负极箔而形成，所述正极绝缘层被从所述正极集流器中的正极接头的没涂覆有所述正极活性材料的至少部分区域去除，并且所述负极绝缘层被从所述负极集流器中的负极接头的没涂覆有所述负极活性材料的至少部分区域去除。
20.此外，所述正极绝缘层可以被从所述正极接头去除所述正极接头的总长度的20％至80％，并且所述负极绝缘层可以被从所述负极接头去除所述负极接头的总长度的20％至80％。
21.此外，所述正极绝缘层和所述负极绝缘层中的每一者均可以包括pet。
22.其他实施方式的具体内容包括在详细描述和附图中。
23.有益效果
24.根据本发明的实施方式，至少有以下效果。
25.电极集流器可以形成包括电极绝缘层的多层结构，并且可以使用有机溶剂蚀刻多个电极接头的电极绝缘层，以通过允许相邻的电极接头彼此接触而将所有的多个电极接头电连接，从而容易地将一个电极引线连接到多个电极接头。
26.本发明的效果不受上述描述的限制，因此，本说明书中涉及更多不同的效果。
附图说明
27.图1是根据本发明的一个实施方式的袋型二次电池的组装图。
28.图2是根据本发明的一个实施方式的电极集流器的示意性侧视图。
29.图3是示意性侧视图，示出其中在电极接头的正极箔和负极箔中的每一者上形成
连接部分的配置。
30.图4是示意性俯视图，示出其中电极引线连接到连接部分的配置。
31.图5是示意性前视图，示出根据本发明的一个实施方式的其中层叠有多个正极接头和多个负极接头的配置。
32.图6是示出根据本发明的一个实施方式多个正极接头和多个负极接头浸入有机溶剂中的状态的示意图。
33.图7是示意性前视图，示出根据本发明的一个实施方式其中正极绝缘层和负极绝缘层分别从多个正极接头和负极接头去除的配置。
34.图8是示意性前视图，示出根据本发明的一个实施方式其中电极引线连接到多个正极接头和多个负极接头中的每一者的配置。
35.图9是示意性俯视图，示出根据本发明的一个实施方式其中电极引线连接到多个正极接头和多个负极接头中的每一者的配置。
具体实施方式
36.本发明的优点和特征及其实施方法将通过参考附图描述的以下实施方式来阐明。然而，本发明可以以不同的形式体现，并且不应该理解为限于本文所阐述的实施方式。相反，提供这些实施方式是为了使本公开彻底而完整，并将本发明的范围完全传达给本领域的技术人员。此外，本发明仅由权利要求的范围来限定。贯穿全文，类似的附图标记指代类似元件。
37.除非本发明中使用的术语被不同地限定，否则本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员普遍理解的相同含义。另外，除非本描述中明确且明显地限定，否则常用字典中限定的术语不被理想地或过度地被解释为具有正式含义。
38.在以下描述中，技术术语仅用于解释具体的示例性实施方式，但不限制本发明。在本说明书中，除非特别提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式。“包含”和/或“包括”的含义并不排除所提及的部件之外的其他部件。
39.下文中，将参考附图详细描述优选实施方式。
40.图1是根据本发明的一个实施方式的袋型二次电池1的组装图。
41.在制造袋型二次电池1的过程中，首先，将其中电极活性材料、粘合剂和增塑剂彼此混合的浆施加至正极集流器101和负极集流器102，以制造诸如正极和负极之类的电极。此后，正极集流器101和负极集流器102分别层叠在隔膜的两侧，从而形成具有预定形状的电极组件10，然后，将电极组件10插入电池壳体13中，注入电解质，并进行密封。
42.通过层叠电极和隔膜形成电极组件10。特别地，电极组件10包括两种类型的电极(例如正极和负极)以及插设在电极之间以使电极彼此绝缘的隔膜。电极组件10可以是层叠型、果冻卷型、层叠且折叠型等。两种类型的电极(即，正极和负极)中的每一种均具有这样的结构，其中活性材料浆施加到电极集流器101和102中的每一者，每个电极集流器均具有多层结构(包括电极绝缘层1013和1023)。根据本发明的一个实施方式的电极集流器101和102形成多层结构，其中每个电极绝缘层1013和1023均层叠在两个电极箔之间。电极集流器101和102的详细描述将在稍后进行。通常可以通过用添加的溶剂搅动颗粒状活性材料、辅助导体、粘合剂和增塑剂而形成浆。可以在随后的过程中去除溶剂。
43.如图1中所示，电极组件10包括电极接头11。电极接头11从电极组件10的正极和负极中的每一者突出，以提供路径，电子穿过该路径在电极组件10的内部和外部之间移动。电极组件10的电极集流器101和102中的每一者均由涂覆有电极活性材料的部分以及没有涂覆有电极活性材料的远端部分(即非涂覆部分)构成。另外，每个电极接头11均可以通过切割非涂覆部分或通过超声波焊接将单独的导电构件连接到非涂覆部分而形成。如图1中所示，电极接头11可以从电极组件10的一侧沿同一方向突出，但本发明不限于此。例如，电极接头11可以沿彼此不同的方向突出。
44.在电极组件10中，向二次电池1外部供电的电极引线12通过点焊与电极接头11连接。另外，电极引线12的一部分被绝缘部分14围绕。绝缘部分14可以布置成限制在密封部分134内，在密封部分134处，上壳体131和下壳体132热熔化，以便与电池壳体13结合。另外，可以防止从电极组件10产生的电力经由电极引线12流向电池壳体13，并且可以维持电池壳体13的密封。因此，绝缘部分14可以由具有非导电性的非导体制成，该非导体不具有导电性。一般来说，虽然主要使用容易附接到电极引线12且厚度相对较薄的绝缘带作为绝缘部分14，但本发明不限于此。例如，可以使用各种构件作为绝缘部分14，只要这些构件能够使电极引线12绝缘即可。
45.电极引线12包括：正极引线121，其一端与正极接头111连接成在正极接头111突出的方向上延伸；以及负极引线122，其一端与负极接头112连接成在负极接头112突出的方向上延伸。另一方面，如图1中所示，正极引线121和负极引线122的所有另一端都突出到电池壳体13的外部。因此，电极组件10中产生的电力可以供应到外部。此外，由于正极接头111和负极接头112分别形成为在不同方向上突出，因此正极引线121和负极引线122中也可以分别在不同方向上延伸。
46.正极引线121和负极引线122可以由彼此不同的材料制成。即，正极引线121可以由与正极集流器101的正极箔相同的材料(即铝(al)材料)制成，并且负极引线122可以由与负极集流器102的负极箔相同的材料(即铜(cu)材料或涂覆有镍(ni)的铜材料)制成。另外，电极引线12的突出到电池壳体13外部的部分可以设置成端子部分，并与外部端子电连接。
47.电池壳体13是由柔性材料制成的袋，该袋中容纳电极组件10。下文中，将描述电池壳体13为袋的情况。电池壳体13容纳电极组件10，从而电极引线12的一部分(即，端子部分)暴露，然后被密封。如图1中所示，电池壳体13包括上壳体131和下壳体132。下壳体132中可以提供有容纳空间1331，该容纳空间中形成杯状部分133以容纳电极组件10，并且上壳体131可以覆盖容纳空间1331的上侧，以便电极组件10不被分离到电池壳体13的外部。这里，如图1中所示，具有容纳部分1331的杯状部分133可以形成在上壳体131中，以在上部中容纳电极组件10。如图1中所示，上壳体131的一侧和下壳体132的一侧可以彼此连接。然而，本发明不限于此。例如，上壳体131和下壳体132可以单独制造成彼此分离。
48.当电极引线12连接到电极组件10的电极接头11，并且电极引线12的一部分上设置有绝缘部分14时，电极组件10可以被容纳在下壳体132的杯状部分133中提供的容纳空间1331中，并且上壳体131可以从上侧覆盖该容纳空间。另外，注入电解质，并且密封从上壳体131和下壳体132的边缘向外延伸的密封部分134。电解质可以移动在二次电池1的充电和放电期间由电极的电化学反应产生的锂离子。电解质可以包括非水有机电解质，该电解质是锂盐和一种高纯度有机溶剂2的混合物或使用聚合物电解质的聚合物。可以通过上述方法
制造袋型二次电池1。
49.图2是根据本发明的一个实施方式的电极集流器的示意侧视图。
50.如上所述，通过将通过混合电极活性材料、粘合剂和增塑剂而获得的浆分别施加到电极集流器101和102(例如正极集流器101和负极集流器102)，来制造诸如正极和负极之类的电极。
51.根据现有技术，正极集流器101和负极集流器102形成为单层结构。因此，当电极组件10由于外部冲击而损坏时，存在由于短路而发生爆炸的风险的问题。然而，根据本发明的一个实施方式，如图2中所示，电极集流器101和102形成为多层结构，其中电极绝缘层1013和1023层叠在两个电极箔之间。特别地，正极集流器101是通过依次层叠第一正极箔1011、正极绝缘层1013和第二正极箔1012形成的。另外，负极集流器102是通过依次层叠第一负极箔1021、负极绝缘层1023和第二负极箔1022形成的。
52.第一正极箔1011和第二正极箔1012中的每一者均是由具有高导电性而不引起化学变化的材料制成。例如，该材料可以是不锈钢、铝、镍、钛、煅烧碳、或者在铝或不锈钢的表面上对碳、镍、钛、银等进行表面处理的材料，但不限于此。此外，第一正极箔1011和第二正极箔1012中的每一者均可以在其表面上具有细微的不平整，以提高正极活性材料的结合力。
53.第一负极箔1021和第二负极箔1022中的每一者均是由具有导电性而不引起化学变化的材料制成。例如，该材料可以是铜、不锈钢、镍、钛、煅烧碳、或者在铜或不锈钢的表面上对碳、镍、钛、银等进行表面处理的材料、或者铝镉合金，特别地，优选是镀有镍的铜，但不限于此。另外，第一负极箔1021和第二负极箔1022中的每一者均可以在其表面上具有细微的不平整，以提高负极活性材料的结合力。
54.正极绝缘层1013层叠在第一正极箔1011和第二正极箔1012之间，以使第一正极箔1011和第二正极箔1012彼此绝缘。另外，负极绝缘层1023层叠在第一负极箔1021和第二负极箔1022之间，以使第一负极箔1021和第二负极箔1022彼此绝缘。因此，即使电极组件10因外部冲击而损坏，一个电极的一个表面和另一个表面也可以彼此电断开，以防止因短路而发生爆炸的危险，从而保证安全。正极绝缘层1013和负极绝缘层1023中的每一者均可以由选自聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚氯乙烯、丙烯酸聚合物、聚丙烯腈、聚酰亚胺、聚酰胺、纤维素、芳纶、尼龙、聚酯、聚芳基苯并双噁唑、聚芳基、特氟隆和玻璃纤维组成的组的至少一种或多种材料制成。特别地，使用诸如尼龙树脂或聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)之类的主要具有耐磨性和耐热性的聚合物。
55.图3是示意性侧视图，示出其中电极接头11的正极箔和负极箔中的每一者上形成有连接部分113的配置，并且图4是示意性俯视图，示出其中电极引线连接到连接部分的配置。
56.如上所述，电极接头11可以通过从电极集流器101和102中的每一者切割非涂覆部分或通过超声波焊接等将单独的导电构件连接到非涂覆部分来形成。另外，电极引线12的一端与电极接头11连接，并且电极接头11在突出方向上延伸，使其另一端突出到电池壳体13的外部。下文中，电极接头11被描述为仅通过切割非涂覆部分而形成，但这是为了便于描述，因此理应不限制权利范围。
57.如果电极集流器101和102形成为单层结构，则所有的多个电极接头11通过彼此相
邻的电极接头11的接触并连接而电连接。因此，即使一个电极引线12仅与一个电极接头11连接，也可以借助电极引线12将电极组件10内部产生的全部电力充分地供给到二次电池1的外部。
58.然而，根据本发明的一个实施方式，由于电极集流器101和102形成为包括电极绝缘层1013和1023的多层结构，因此即使彼此相邻的电极接头11连接成彼此接触，多个电极接头11中的所有电极接头也不会电连接。因此，必须分别形成将所有多个电极接头11彼此连接并且还连接到一个电极引线12的多个连接部分113。
59.如图3中所示，多个连接部分113包括：正极连接部分1131，其与多个第一正极箔1011和第二正极箔1012中的每一者连接；以及负极连接部分1132，其与多个第一正极箔1021和第二负极箔1022中的每一者连接。另外，如图4中所示，彼此相邻的多个正极连接部分1131连接成彼此接触，以便一个正极引线121连接到一个正极连接部分1131。同样地，彼此相邻的多个负极连接部分1132连接成彼此接触，以便一个负极引线122被连接到一个负极连接部分1132。因此，电极组件10内部产生的全部电力可以借助一个正极引线121和一个负极引线122充分地供应到二次电池1的外部。
60.然而，在该方法中，分别需要多个连接部分113，并且分别需要将多个连接部分113分别连接到第一正极箔1011和第二正极箔1012以及第一负极箔1021和第二负极箔1022的过程。因此，存在着制造成本和时间被过度消耗的问题。
61.图5是示意性前视图，示出根据本发明的一个实施方式的其中多个正极接头和多个负极接头层叠的配置。
62.根据本发明的一个实施方式，电极集流器101和102形成为包括电极绝缘层1013和1023的多层结构，并且使用有机溶剂2蚀刻多个电极接头11的电极绝缘层1013和1023。因此，由于彼此相邻的电极接头11彼此接触以电连接所有的多个电极接头11，一个电极引线12可以容易地连接到多个电极接头11。
63.为此，根据本发明的一个实施方式的制造电极组件10的方法包括：将正极活性材料施加到正极集流器101(该正极集流器101通过依次层叠第一正极箔1011、正极绝缘层1013和第二正极箔1012形成)的至少一部分以制造正极，并将负极活性材料施加到负极集流器102(该负极集流器102通过依次层叠第一负极箔1021、负极绝缘层1023和第二负极箔1022形成)的至少一部分以制造负极的步骤；在正极和负极之间插设隔膜的步骤；分别从正极集流器101中的没涂覆有正极活性材料的正极接头111的至少部分区域以及负极集流器102中的没涂覆有负极活性材料的负极接头112的至少部分区域去除正极绝缘层1013和负极绝缘层1023的步骤；以及将正极引线121和负极引线122分别与正极接头111和负极接头112连接的步骤。此外，去除正极绝缘层1013和负极绝缘层1023的步骤可以包括将正极接头111和负极接头112浸入有机溶剂2中的步骤。
64.此外，根据本发明的一个实施方式通过上述方法制造的电极组件10包括：正极，所述正极中正极活性材料施加到正极集流器101的至少一部分；负极，在所述负极中负极活性材料施加到负极集流器102的至少一部分；以及插设在正极和负极之间的隔膜。正极集流器101是通过依次层叠第一正极箔1011、正极绝缘层1013和第二正极箔1012形成的，并且负极集流器102是通过依次层叠第一负极箔1021、负极绝缘层1023和第二负极箔1022形成的。正极绝缘层1013被从正极集流器101中的正极接头111的未涂覆有正极活性材料的至少部分
区域去除，并且负极绝缘层1023从负极集流器102中的负极接头112的未涂覆有负极活性材料的至少部分区域去除。
65.如图5中所示，当隔膜插设在正极和负极之间时，形成电极层叠，并且层叠多个正极接头111和多个负极接头112中的每一者。此外，多个正极绝缘层1013和多个负极绝缘层1023分别插入多个正极接头111和负极接头112中。
66.图6是示出根据本发明的一个实施方式多个正极接头和多个负极接头浸入有机溶剂中的状态的示意图，以及图7是示出根据本发明的一个实施方式的其中正极绝缘层和负极绝缘层分别从多个正极接头和负极接头被去除的配置的示意图。
67.使用有机溶剂2蚀刻多个电极接头11的电极绝缘层1013和1023。特别地，根据本发明的一个实施方式，如图6中所示，将形成的电极层叠物的正极接头111和负极接头112浸入有机溶剂2中。
68.如上所述，正极绝缘层1013和负极绝缘层1023可以由各种类型的聚合物制成，特别地，可以包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)。另外，第一正极箔1011、第二正极箔1012、第一负极箔1021和第二负极箔1022中的每一者均可以由金属制成。在这种情况下，有机溶剂2优选与金属没有化学反应性或化学反应性低，而与聚合物的化学反应性高，并且可以包括例如丙酮。因此，有机溶剂2不改变均由金属制成的第一正极箔1011、第二正极箔1012、第一负极箔1021和第二负极箔1022，并且如图7中所示，仅蚀刻均由聚合物制成的正极绝缘层1013和负极绝缘层1023。
69.可以分别从正极接头111和负极接头112的至少部分区域去除正极绝缘层1013和负极绝缘层1023。即，可以从正极接头111和负极接头112的整个区域去除正极绝缘层1013和负极绝缘层1023，但可以仅从部分区域将其去除。为此，正极接头111和负极接头112中的每一者均可以部分地浸入有机溶剂2中，特别地，浸入其总长度的20％至80％，优选地，可以浸入30％至70％。
70.由于有机溶剂2是具有高化学反应性的材料，因此如果正极接头111和负极接头112被长时间浸入，则有机溶剂2可能与均由金属制成的第一正极箔1011、第二正极箔1012和第一负极箔1021发生化学反应。因此，正极接头111和负极接头112可以浸入有机溶剂2中30秒至2分钟，优选1分钟至2分钟。
71.根据本发明的另一个实施方式，有机溶剂2可以通过使用喷嘴等注射到形成的电极层叠物的正极接头111和负极接头112上。因此，当与正极接头111和负极接头112简单地浸入在有机溶剂2中的情况相比，可以借助有机溶剂2本身的压力更快速且容易地蚀刻电极绝缘层1013和1023。
72.图8是示意性前视图，示出根据本发明的一个实施方式的其中电极引线连接到多个正极接头和多个负极接头中的每一者的配置，并且图9是示意性俯视图，示出根据本发明的一个实施方式的其中电极引线连接到多个正极接头和多个负极接头中的每一者的配置。
73.在将正极接头111和负极接头112浸入有机溶剂2中后，有机溶剂2被干燥。因此，可以从电极接头11仅去除正极绝缘层1013和负极绝缘层1023。
74.由于从电极接头11去除了正极绝缘层1013和负极绝缘层1023，因此第一正极箔1011和第二正极箔1012之间形成空的空间，并且第一负极箔1021和第二负极箔1022之间也形成空的空间。因此，如图8中所示，彼此相邻的正极箔可以彼此接触，以便彼此电连接，并
且彼此相邻的负极箔可以彼此接触，以便彼此电连接。
75.此外，如图8和图9中所示，一个正极引线121连接到一个正极箔，并且一个负极引线122连接到一个负极箔。因此，即使一个电极引线12仅与一个电极接头11连接，借助电极引线12，电极组件10内部产生的全部电力也可以充分地供应到二次电池1的外部。
76.本发明所涉及的技术领域中的普通技术人员将理解，可以在不改变技术思想或基本特征的情况下以其他具体形式实施本发明。因此，以上公开的实施方式应被视为说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附的权利要求而不是前面的描述以及其中描述的示例性实施方式来限定的。在本发明的权利要求的等同含义内和权利要求内所作的各种变型应被视为是在本发明的范围内。