无纺布集电体及利用其的电池的制备方法和制备系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池技术，更详细地涉及无纺布集电体、利用其的电池的制备方法及制备系统。
【背景技术】
[0002]随着过去20年之间半导体制备技术及通信技术飞跃发展，作为如移动通信终端及笔记本电脑之类的便携式电子装置的电源，广泛地实现对锂离子电池的研究和商用化。最近，为了应对如能量枯竭和温室效应之类的环境问题，需要急剧增加节能技术，其结果，除了便携式电子装置相关产业之外，还活跃地进行对可适用于电动汽车、混合动力车或电网的中大型电池的关心和研究。作为这种用途的电池，主要研究镍-金属氢(N1-MH)电池和锂二次电池。其中，由于锂二次电池利用自然界中已知的金属中最轻且标准还原电位最低的锂，因而不仅能量密度高，还可制备高电压和高功率的电池。
[0003]在实现这种电池性能的过程中，开发适当的集电体很重要。为了提高电池性能，集电体需要改善内部电阻和不可逆性，并且，为了具有制备经济性，上述集电体应可得到高的收率。
【发明内容】
[0004]技术问题
[0005]本发明要解决的技术问题在于，提供集电体，上述集电体不仅能量密度高，而且充放电效率、充放电速度及循环特性优秀，并达成高的收率，从而具有制备经济性。
[0006]并且，本发明要解决的再一技术问题在于，提供利用具有上述优点的无纺布集电体，从而具有再现性和可靠性的电池的制备方法。
[0007]并且，本发明要解决的另一技术问题在于，提供具有上述优点的电池的制备系统。
[0008]解决问题的手段
[0009]用于解决上述问题的本发明一实施例的无纺布集电体包括:多个上部导电无纺布片及多个下部导电无纺布片，包括多个导电纤维的网状物；以及张力加强层，具有比上述多个导电无纺布片大的拉伸强度，借助上述张力加强层使上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片之间相结合，上述张力加强层具有连通上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片的气孔。
[0010]上述无纺布集电体的拉伸伸长率可在2%至10%范围内。并且，上述无纺布集电体的屈服强度在0.lkgf/cm至100kgf/cm范围内。
[0011 ] 上述多个导电纤维包含多个碳纤维、多个导电性聚合物纤维、涂敷有金属层或导电性聚合物层的多个聚合物纤维或多个中空金属纤维。
[0012]在一部分实施例中，在上述多个导电纤维上可形成有金属层或导电性聚合物层。并且，在上述多个上部导电无纺布片或上述多个下部导电无纺布片的上述多个导电纤维上还可形成有导电材料及用于固定上述导电材料的粘结剂。
[0013]在一部分实施例中，上述多个上部导电无纺布片或上述多个下部导电无纺布片还可包含与上述多个导电纤维一同混合的、纤维化的多个线性粘结剂。上述线性粘结剂可包含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PPT)、尼龙、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚偏氟乙烯(PVDF)、它们的共聚物或混合物。
[0014]并且，上述多个金属丝可包含能够与不锈钢、铝、镍、钛、铜、银、金、钴、锡、铋、铅、锑、锌、铁、镉、它们的合金或可以与锂进行合金化/去合金化的金属化合物。在上述无纺布集电体的、上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片的上述多个导电纤维上还可形成有电活性物质的涂敷层。并且，上述多个金属丝可包含含有相互不同的种类的金属的两种以上的金属丝。
[0015]上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片可分别以粘结方式与上述张力加强层相结合。选择性地，上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片可通过上述张力加强层的上述气孔相互混杂(con founding)结合。
[0016]在一部分实施例中，上述张力加强层的上述气孔的平均大小能够大于等于上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片的上述网状物内的气孔的平均大小。
[0017]上述张力加强层可包括无纺布结构、织造结构、网结构、向规定方向展开的纤维结构或它们的组合。上述张力加强层可与上述无纺布集电体的主面平行，并选择性地增加规定方向的拉伸强度。在一部分实施例中，增加的上述拉伸强度的方向可以为与用于连续执行电池制备工序的辊工序的辊的旋转轴或凝胶卷电极形成工序中的辊的中心轴垂直的方向。
[0018]上述张力加强层可包含高分子原材料、金属或它们的组合。上述高分子原材料可以为衍生物，上述衍生物包含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PPT)、聚丙烯腈(PAN)、尼龙、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚砜(PES)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚偏氟乙烯(PVDF)或它们的共聚物。上述金属可包含铜、铝、不锈钢、镍或它们的合金。
[0019]在一部分实施例中，在上述无纺布集电体的至少一表面上还形成有部分闭塞上述多个导电纤维的网状物之间的气孔的导电图案。上述导电图案可包括多个线条图案，上述多个线条图案以能够使上述无纺布集电体的上述表面上的气孔露出的方式以规定间隔隔开。并且，在上述线条图案上可形成有电池标签或引线。
[0020]在用于解决上述再一问题的本发明一实施例的电池的制备方法中，准备包括多个导电纤维的网状物的上部导电无纺布片和包括多个导电纤维的网状物的下部导电无纺布片。之后，在上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片之间形成具有比上述多个导电无纺布片大的拉伸强度的、具有气孔的张力加强层后，借助上述张力加强层，来结合上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片，从而形成无纺布集电体。之后，可在上述无纺布集电体内填充活性物质。
[0021]上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片的结合可以以熔融粘结或混杂方式执行。上述混杂可通过针刺法、水刺法或针脚式接合法来执行。
[0022]上述无纺布集电体的拉伸伸长率可在0.1 %至10%范围内。并且，上述无纺布集电体的屈服强度可在0.lkgf/cm至100kgf/cm范围内。
[0023]用于解决上述另一问题的本发明一实施例的电池的制备系统包括:第一供给装置，用于连续供给上部导电无纺布片；第二供给装置，用于连续供给下部导电无纺布片；第三供给装置，用于连续向上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片之间供给张力加强层；以及结合装置，用于借助连续供给的上述张力加强层，来结合上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片，从而形成无纺布集电体。
[0024]在一部分实施例中，为了熔融粘结上述上部导电无纺布片、上述下部导电无纺布片及上述张力加强层，上述结合装置可包括能量施加装置，上述能量施加装置用于对上述无纺布集电体施加热、红外线、紫外线、电子束或超声波。并且，上述结合装置可包括用于使上述上部导电无纺布片和上述下部导电无纺布片相互混杂的针刺装置、水刺装置或针脚式接合装置。
[0025]发明的效果
[0026]根据本发明的实施例，使用具有多个导电纤维的网状物的导电无纺布片，从而基于优秀的电特性和纤维的柔韧性和组织性，通过集电体和电活性物质之间的内部电阻减少和界面增加效果，不仅可提高电池的能量密度，还可得到充放电速度、充放电效率及循环特性得到改善的电池。并且，在上述导电无纺布片内形成有张力加强层，从而提高机械拉伸强度，以防止当进行利用退绕装置的连续工序或封装如凝胶卷之类的电池时有可能发生的由无纺布集电体的变形引起的内部电阻的增加，并改善由降伏引起的不良来提高收率。
[0027]并且，根据本发明的再一实施例，提供利用具有上述优点的无纺布集电体的电池的制备方法。
[0028]并且，根据本发明的另一实施例，可提供利用具有上述优点的无纺布集电体的电池的制备系统。
【附图说明】
[0029]图la为图示本发明一实施例的无纺布集电体的立体图，图lb为本发明再一实施例的无纺布集电体的部分图，图lc为沿着图la的IC-1C’截取的无纺布集电体的剖视图。
[0030]图2a至图2d为分别图示本发明各种实施例的多个张力加强层的多个立体图。
[0031]图3为图示本发明一实施例的电池的制备方法的流程图。
[0032]图4图示本发明一实施例的电池的制备系统。
[0033]图5为本发明一实施例的拉伸伸长率的测定装置。
[0034]图6a及图6b为图示利用本发明另一实施例的无纺布集电体的电极的制备方法的多个立体图。
[0035]图7为图示利用本发明一实施例的无纺布集电体的电池的分解图。
【具体实施方式】
[0036]以下，参照附图对本发明优选实施例进行详细的说明。
[0037]本发明的多个实施例用于使本发明所属技术领域的普通技术人员更加完整地理解本发明，以下实施例能够以多种不同的方式变形，本发明的范围不局限于以下实施例。反而，这些实施例使本公开内容更充实、完整，用于向本发明所属技术领域的普通技术人员传达更完整的本发明思想。
[0038]并且，在以下的附图中，各层的厚度或大小为了说明的便利及明确性而有所扩张，在附图中相同的附图标记指相同的要素。如在本说明书中使用，术语“和/或”包含所例举的项目中的一个及一个以上的所有组合。
[0039]在本说明书中所使用的术语用于说明特定实施例，并不限制本发明。如在本说明书中所使用，单数形态只要不明确指出上下文上不同的情况，就可包括多个形态。并且，在用于本说明书的情况下，“包含(comprise) ”和/或“包含的(comprising) ”特定提及的多个形状、数字、步骤、动作、部件、因素和/或它们组的存在，并不排除一个以上的其他形状、数字、动作、部件、因素和/或多个组的存在或附加。
[0040]在本说明书中，“第一”、“第二”等术语用于说明各种部件、配件、区域、多个层和/或多个部分，但这些部件、配件、区域、多个层和/或多个部分不局限于这些术语，这是显而易见的。这些术语只用于区别一个部件、配件、区域、层或部分与其他区域、层或部分。因此，以下说明的第一部件、配件、区域、层或部分在不超过本发明的教导的情况下，也可指第二部件、配件、区域、层或部分。
[0041]图la为图示本发明一实施例的无纺布集电体100的立体图，图lb为本发明再一实施例的无纺布集电体100的部分图，图lc为沿着图la的IC-1C’截取的无纺布集电体100的剖视图。
[0042]参照图la，无纺布集电体100包括上部导电无纺布片10A和下部导电无纺布片ΙΟΒο如部分放大图Μ所示，上部