[发明专利]具有绝缘膜的电极组件、其制造方法和包含其的锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂二次电池用电极组件，其包括电极、隔膜和对电极，其中绝缘膜形成在电极的一侧或两侧的整个表面上，并且绝缘膜是含有无机颗粒和粘合剂聚合物的有机‑无机混合膜。本发明还涉及电极组件的制造方法以及包括其的锂二次电池。

技术领域

本申请要求2019年2月1日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2019-0014019和2020年1月20日提交的韩国专利申请号10-2020-0007113的权益，将其公开内容通过引用整体并入本文。

本发明涉及包括绝缘膜的电极组件、其制造方法和包括其的锂二次电池。

背景技术

随着化石燃料使用的快速增加，对使用替代能源或清洁能源的需求日益增加。作为这种趋势的一部分，大多数活跃的研究工作集中在使用电化学的发电和储存领域。

现在，使用这种电化学能的电化学元件的典型实例包括二次电池，并且其使用已经在广泛的领域中逐渐扩展。

近年来，随着对诸如便携式计算机、便携式电话、照相机等便携式设备的技术开发的进步和需求的增长，对作为能源的二次电池的需求也在快速增长。在这些二次电池中，已经对环境友好并且表现出高充电和放电特性以及长寿命特性的锂二次电池进行了许多研究。此外，这种锂二次电池已经商业化并广泛使用。

内置在电池壳体中的电极组件是能够充电和放电的发电元件，其具有正极、隔膜和负极的堆叠结构。电极组件被分类为：凝胶卷型，其中隔膜插入其上施加有活性材料的长片型正极和负极之间，然后它们都卷绕在一起；堆叠型，其中具有预定尺寸的多个正极和负极依次堆叠，并且隔膜插入在正极和负极之间；上述类型的组合，即，其中包括正极、负极和隔膜的双电池(bi-cell)或全电池卷绕成长片型隔膜的堆叠/折叠型；以及其中依次层叠和堆叠双电池或全电池的层叠/堆叠型。

同时，锂二次电池通常具有其中非水性电解液浸渍到包括正极、负极和多孔隔膜的电极组件中的结构。通常，通过将包含正极活性材料的正极混合物涂覆到铝箔上来制造正极，并且通过将包含负极活性材料的负极混合物涂覆到铜箔上来制造负极。

通常，正极活性材料是锂过渡金属氧化物，负极活性材料是碳基材料。然而，最近，使用锂金属本身作为负极活性材料的锂金属电池已经商业化。此外，对无锂电池的研究一直在积极进行，所述无锂电池在制造时中仅使用集流体作为负极，随后通过放电从正极接收锂以使用锂金属作为负极活性材料。

同时，这种锂二次电池具有当暴露于高温时由于正极和负极之间的接触而引起短路的风险。此外，如果由于过充电、内部/外部短路、局部挤压等而在短时间内流过大量的电流，则当电池因放热反应而被加热时存在着火/爆炸的风险。

另外，随着重复充电和放电，由电极材料和电解质溶液之间的副反应产生的气体不仅使二次电池的体积膨胀，而且引起安全问题如爆炸。

特别地，在使用锂金属作为负极活性材料的锂金属电池的情况下，随着重复充电和放电，枝晶生长。随着劣化进展到一定程度，枝晶脱落，然后与电解液一起流动，然后从隔膜的不良接合部分流出。之后，这种脱落的枝晶与正极接触，从而导致短路。另外，随着枝晶生长，其穿透隔膜并与正极接触，这导致电化学性能的损失。

为了解决这种现象，将绝缘带附着到电极极耳上，以防止与对电极短路。作为另选，已经尝试通过在隔膜上形成有机-无机混合涂层来防止电极之间的短路，从而防止隔膜由于热而收缩。

然而，这种现象仅在极耳部分中不发生，并且使用这种绝缘带仅解决了短路问题，并且仍然不足以满足确保受到过充电、电解质副反应和锂枝晶生长影响的电池的安全性的需求。有机-无机混合涂层的形成也没有有效地解决该问题。

因此，仍然非常需要一种能够通过解决上述问题而有效地确保电池安全性的结构。

发明内容

技术问题