[发明专利]用于电化学设备的电极组件以及具备其的电化学设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于使用隔膜的电化学设备的电极组件以及具备其的电化学设备。

背景技术

本申请要求享有于2011年7月7日提交的第10-2011-0067226号韩国专利申请和于2012年12月5日提交的第10-2011-0128945号韩国专利申请的优先权，该文献的全文以引用的方式纳入本说明书。

随着移动设备的技术开发以及对于移动设备的需求不断增加，对二次电池的需求也在快速地增加。在这些二次电池中，锂二次电池由于其高能量密度和高运行电压以及优异的使用和循环寿命特性而被广泛地用作大量电子产品(包括各类移动设备)的能源。

一般的二次电池通过以下方法制造：将单元电池层压或卷曲，所述单元电池包括阴极、阳极以及置于所述阴极和阳极之间的隔膜，将所述层压或卷曲的单元电池容纳于金属罐或层压片状盒中，然后向其内部注入或浸入电解质溶液。

在二次电池领域中，主要的研究课题之一是提高安全性。例如，二次电池的异常运行状态会导致二次电池的内部温度和压力增加，这会造成电池的火灾或爆炸的危险，所述异常运行状态有例如内部短路、高于容许电流和容许电压的过充电状态、暴露于高温、以及由坠落或外部冲击造成的变形。

在含有隔膜的电池中，一个非常严重的安全性问题是，当电池暴露于高温时发生由于隔膜的收缩或破裂而造成的内部短路，并且已有相当多的研究成果针对识别电池中内部短路的原因以及提供避免内部短路的解决方案。

多孔聚合物膜——例如多孔聚乙烯膜和聚丙烯膜——用作二次电池的隔膜，这类隔膜是廉价的且对化学品具有高度耐受性，其具有在电池的运行状态方面有利的优点，但是其在高温环境中容易收缩。在这种情况下，已提出一种将有机-无机复合层加入隔膜中以提高隔膜的耐热性的方案。

组成二次电池的电极组件具有阴极/隔膜/阳极结构并且由其结构来将其宽泛地分成胶状卷绕(jelly-roll)型(卷曲型)和堆叠型(层压型)。胶状卷绕型电极组件通过制备阴极和阳极、将隔膜置于阳极和阴极中并且将所述电极结构螺旋地卷曲来制备，阴极和阳极各自通过以下方法制备：将电极活性材料等涂覆在作为集流体的金属箔上，并进行干燥、冲压，之后切割成具有所需宽度和长度的带状物。所述胶状卷绕型电极组件优选用于圆柱形电池，但是不适用于棱柱形或袋形电池，这是因为存在局部集中的应力造成电极活性材料剥离或者在充电和放电过程中反复的膨胀和收缩造成电池变形的问题。

另一方面，堆叠型电极组件具有多个单元电池依次层叠的结构，所述单元电池包括阴极和阳极，该结构的益处在于易得到棱柱形，但是其制备过程非常繁杂，此外，当对该组件施加冲击时，所述电极被堆挤而导致短路。

试图解决上述问题，已经开发了先进的堆叠-折叠型电极组件，其是所述胶状卷绕型电极组件和堆叠型电极组件的混合形式具有进一步完善的结构，其中使用连续的隔膜使全电池(full cell)(具有阴极/隔膜/阳极结构，其单元尺寸恒定)或双电池(bicell)(具有阴极(阳极)/隔膜/阳极(阴极)/隔膜/阴极(阳极))折叠，这种堆叠-折叠型电极组件公开于第2001-82058号、2001-82059号和2001-82060号韩国专利申请公开文本中，这些专利申请由本申请人提交。

为了提高耐热性，这些电极组件可应用隔膜，所述隔膜中引入有机-无机复合层，但是，这种隔膜的应用会存在隔膜的电阻增加的问题。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决现有技术的问题，因此，本发明的目的是提供一种降低隔膜电阻的电极组件。

技术方案

为解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供一种电极组件，其具有如下的结构：其中将多个单元电池在与长度大于宽度的第一隔膜的单面或双面连接的状态下，堆叠成Z字型(zigzag)或依次卷曲，其特征在于，

所述第一隔膜仅在与单元电池连接的单面具备包含无机颗粒和粘合剂聚合物的混合物的第一多孔电极粘合层，且

包括在所述单元电池中的第二隔膜在双面具备包含无机颗粒和粘合剂聚合物的混合物的第二多孔电极粘合层。

所述单元电池可采用包含具有不同结构的相反电极的全电池。所述单元电池可采用包含具有相同结构的相反电极的双电池。

本发明的隔膜可包含多孔聚烯烃基底。对于所述多孔聚烯烃基底优选的材料使用聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯和聚戊烯等。

作为本发明的多孔电极粘合层的无机颗粒，可使用例如介电常数为5以上的无机颗粒以及具有传输锂离子能力的无机颗粒。