线缆型二次电池的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含：内电极，所述内电极具有内集电器和围绕所述内集电器的外表面的内电极活性材料层；隔离层，所述隔离层围绕所述内电极的外表面以防止电极之间短路；以及外电极，所述外电极围绕所述隔离层的外表面，并具有外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。根据本发明，将包含导电糊料或碳纤维而具有良好柔性的所述外集电器用于线缆型电池中以改善所述线缆型电池的柔性。此外，由于这种导电糊料和碳纤维是轻质材料，所以其能够有助于线缆型二次电池的轻量化。
【专利说明】线缆型二次电池
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种形状能够自由变化的线缆型二次电池，更特别地，本发明涉及具有包含导电糊料和碳纤维的外集电器的线缆型二次电池。
[0002]本申请要求于2011年10月25日在韩国提交的韩国专利申请10-2011-0109564号的优先权，通过参考将其完整内容并入本文中。
[0003]本申请要求于2011年10月25日在韩国提交的韩国专利申请10-2011-0109565号的优先权，通过参考将其完整内容并入本文中。
[0004]本申请要求于2012年10月25日在韩国提交的韩国专利申请10_2012_0118924号的优先权，通过参考将其完整内容并入本文中。
【背景技术】
[0005]二次电池为能够以化学形式储存能量并在需要时能够转化成电能以产生电力的装置。也将所述二次电池称作充电电池，这是因为其能够反复再充电。普通的二次电池包括铅蓄电池、NiCd电池、NiMH蓄电池、Li离子电池、Li离子聚合物电池等。当与一次性原电池相比时，二次电池不仅是经济更高效的，且是环境更友好的。
[0006]目前将二次电池用于需要低电力的应用，如用于车辆启动的设备、移动装置、工具、不间断电源等。近来，随着无线通信技术的发展导致移动装置开始普及，甚至导致多种常规装置的可移动化，对二次电池的需求急剧增加。还将二次电池用于环境友好的下一代车辆如混合动力车辆和电动车辆中，以降低成本和重量并提高车辆的使用寿命。
[0007]通常，二次电池具有圆筒形、棱柱形或袋形。这与二次电池的制造方法相关，其中将由负极、正极和隔膜构成的电极组件安装在圆筒形或棱柱形金属壳或铝层压片的袋形壳中，且在所述壳中填充电解质。因为在这种方法中电极组件需要预定的安装空间，所以二次电池的圆筒形、棱柱形或袋形对于各种形状的移动装置的开发是一种限制。因此，需要具有形状易于适应的新结构的二次电池。
[0008]为了满足这种需要，已经提出，开发长度对横截面直径之比非常大的线性电池。韩国专利0804411号公开了一种由多个正极和负极以及插入各个正极与各个负极之间的隔膜构成的线性电池。韩国专利0742739号公开了一种由正极线和负极线构成的线型柔性电池。然而，这些电池的柔性不足。此外，如果这些电池的外集电器因外力而变形，则会因为外集电器与内集电器之间的接触而发生短路。
【发明内容】
[0009]技术问题
[0010]为了解决现有技术的问题而设计了本发明，因此，本发明的目的是提供一种具有新线性结构的二次电池，其能够易于改变形状，保持二次电池的优异的稳定性和性能，并防止由于外集电器变形而发生短路。
[0011]技术方案[0012]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含:内电极，所述内电极具有内集电器和围绕所述内集电器的外表面的内电极活性材料层；隔离层，所述隔离层围绕所述内电极的外表面以防止电极之间短路；以及外电极，所述外电极围绕所述隔离层的外表面，并具有外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。
[0013]在外电极中，可以以围绕隔离层的外表面的方式形成外电极活性材料层，并以围绕所述外电极活性材料层的外表面的方式形成外集电器；可以以围绕所述隔离层的外表面的方式形成外集电器，并以围绕外集电器的外表面的方式形成外电极活性材料层；以围绕所述隔离层的外表面的方式形成外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面并与所述隔离层接触的方式形成所述外电极活性材料层；或以围绕所述隔离层的外表面的方式形成外电极活性材料层，并以通过包覆在所述外电极活性材料层中而包含在所述外电极活性材料层内部并围绕与其隔开的所述隔离层的外表面的方式形成外集电器。
[0014]所述内集电器可以由如下材料制成:不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝_镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；或导电聚合物。
[0015]可以用于内集电器中的导电材料可以选自如下物质:聚乙炔、聚苯胺、聚卩比咯、聚噻吩、聚氮化硫、铟锡氧化物(ITO)、银、钯、镍及它们的混合物。
[0016]可以用于内集电器中的导电聚合物可以选自如下物质:聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫及它们的混合物。
[0017]同时，所述导电糊料可以为金属糊料或碳糊料。
[0018]所述金属糊料可以包含金属粉末和粘合剂，所述金属粉末选自如下:N1、Al、Au、Ag、Al、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba、ITO 及它们的混合物。
[0019]所述碳糊料可以包含碳粉末和粘合剂，所述碳粉末选自如下物质:石墨、炭黑、碳纳米管及它们的混合物。
[0020]用于金属糊料或碳糊料中的粘合剂可以选自如下物质:丙烯酰基类树脂、乙烯基类树脂、羟基纤维素、甲基纤维素、硝基纤维素、乙烯纤维素、所述树脂的改性树脂及它们的混合物。
[0021]在本发明中，当外集电器包含碳纤维时，所述碳纤维可以卷绕在外电极活性材料层的外表面上。
[0022]此外，当外集电器包含碳纤维时，所述碳纤维可以为在外电极活性材料层的外表面上在纵向上平行布置的至少一种。
[0023]另外，当外集电器包含碳纤维时，所述碳纤维可以为围绕所述外电极活性材料层的外表面的碳纤维机织织物。
[0024]在本发明中，内电极可以为负极且外电极可以为正极，或内电极可以为正极且外电极可以为负极。
[0025]当本发明的内电极为负极且外电极为正极时，内电极活性材料层可以包括选自如下材料中的活性材料:天然石墨、人造石墨或碳质材料；锂-钛复合氧化物(LTO)和包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金属(Me);所述金属的合金；所述金属的氧化物(MeOx);所述金属和碳的复合材料；及它们的混合物，且外电极活性材料层可以包括选自如下材料中的活性材料:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2,LiNimzCoxMlyICzO2 (其中 Ml 和 M2 各自独立地选自:Al、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中O≤x〈0.5,0^y<0.5，O ( ζ〈0.5, x+y+z ( I)及它们的混合物。
[0026]或者，当内电极为正极且外电极为负极时，内电极活性材料层可以包括选自如下材料中的活性材料:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4' LiCoPO4' LiFePO4' LiNiMnCoO2,LiNimzCoxMlyICzO2 (其中 Ml 和 M2 各自独立地选自:Al、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中O≤x〈0.5,0^y<0.5，O ( z<0.5,x+y+z ( I)及它们的混合物，且外电极活性材料层可以包括选自如下材料中的活性材料:天然石墨、人造石墨或碳质材料；锂_钛复合氧化物(LTO)和包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金属(Me);所述金属的合金；所述金属的氧化物(MeOx);所述金属和碳的复合材料；及它们的混合物。
[0027]在本发明中，隔离层可以为电解质层或隔膜。
[0028]电解质层可以包含选自如下电解质中的电解质:使用PEO、PVdF, PVdF-HFP, PMMA,PAN或PVAc的胶凝聚合物电解质；和使用ΡΕ0、聚环氧丙烷(PPO)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚硫化乙烯(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固体电解质。
[0029]所述电解质层还可包含锂盐。
[0030]所述锂盐可以选自如下材料:LiCl,LiBr、LiI, LiClO4, LiBF4' LiB10Cl10' LiPF6,LiCF3SO3' LiCF3CO2' LiAsF6, LiSbF6' LiAlCl4, CH3SO3Li' CF3SO3Li' (CF3SO2) 2NL1、氯硼酸锂、低级脂族碳酸锂、四苯基硼酸锂及它们的混合物。
[0031]所述隔膜可以为:由选自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物中的聚烯烃类聚合物制成的多孔基材；由选自聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚萘二甲酸乙二醇酯中的聚合物制成的多孔基材；或由无机粒子和粘合剂聚合物的混合物制成的多孔基材。
[0032]此外，根据本发明的另一个方面，提供一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含:内电极，所述内电极具有相互平行布置的两个以上的电极，各个电极具有内集电器和形成在所述内集电器的表面上的内电极活性材料层；隔离层，所述隔离层围绕所述内电极的外表面以防止电极之间短路；以及外电极，所述外电极围绕所述隔离层的外表面，并具有外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。
[0033]此外，根据本发明的还另一个方面，提供一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含:内电极，所述内电极具有相互平行布置的两个以上的电极，各个电极具有内集电器、形成在所述内集电器的表面上的内电极活性材料层、以及围绕所述内电极活性材料层的外表面的隔离层；以及外电极，所述外电极围绕所述内电极的外表面，并具有外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。
[0034]有益效果
[0035]根据本发明，包含导电糊料或碳纤维的外集电器具有良好的柔性，从而使用这些材料的线缆型二次电池改善了所述线缆型二次电池的柔性。此外，由于这种导电糊料和碳纤维是轻质材料，所以其能够有助于线缆型二次电池的轻量化。另外，即使向线缆型电池施加过大的外力，本发明的外集电器由于其结构特性而不易发生过度变形如弯曲或严重折叠，由此防止由于与内集电器接触而造成的短路，并防止活性材料脱落。此外，包含导电糊料或碳纤维的外集电器与活性材料能够具有良好的接触特性，由此防止活性材料脱落。
【专利附图】
【附图说明】
[0036]附图显示了本发明的优选实施方案，并与上述
【发明内容】
一起，用于进一步理解本发明的技术主旨。然而，不能将本发明解释为限于所述附图。
[0037]图1显示了根据本发明一个实施方案的具有一个内电极的线缆型二次电池。
[0038]图2显示了根据本发明一个实施方案的具有多个内电极的线缆型二次电池。
[0039]图3显示了根据本发明一个实施方案的具有设置有隔离层的内电极的线缆型二次电池。
【具体实施方式】
[0040]下文中，将参考附图对本发明进行详细说明。在说明之前，应理解，不能认为说明书和附属权利要求书中使用的术语限制为普通和词典的意思，而是应在本发明人对术语进行适当定义以进行最好说明的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相对应的意思和概念对所述术语进行解释。
[0041]图1示意性显示了根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池。然而，本文中的附图和实施方案中所示的构造只是仅用于显示目的的优选实例，不用于限制本发明的范围，从而应理解，在不背离本发明的主旨和范围的条件下可对其完成其他等价物和变体。
[0042]本发明的线缆型二次电池100具有预定形状的水平横截面并纵向延伸，并包含:内电极，所述内电极具有内集电器110和围绕所述内集电器110的外表面的内电极活性材料层120 ;隔离层130，所述隔离层130围绕所述内电极的外表面以防止电极之间短路；以及外电极，所述外电极围绕所述隔离层130的外表面，并具有外电极活性材料层140和外集电器150，所述外集电器150包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。本文中使用的术语“预定形状”不能限制为任何特殊形状，且指的是，不损害本发明本质的任意形状。本发明的线缆型二次电池具有预定形状的水平横截面、在纵向上延伸的线性结构、以及柔性，从而其形状能够自由变化。
[0043]本发明的内电极由内集电器110和围绕所述内集电器110的外表面的内电极活性材料层120构成。这种内电极被隔离层130围绕以防止电极之间在其外表面上发生短路。
[0044]在隔离层130的外表面上，形成外电极。
[0045]在本发明中，可以根据外电极活性材料层140和外集电器150的位置以各种实施方案形成外电极，所述外电极活性材料层140和所述外集电器150与隔离层130接触。
[0046]图1中所示的外电极具有围绕隔离层130的外表面的外电极活性材料层140和围绕所述外电极活性材料层140的外表面的外集电器150。
[0047]此外，根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池的外电极可以具有如下结构:以围绕隔离层的外表面的方式形成外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面的方式形成外电极活性材料层的结构；以围绕所述隔离层的外表面的方式形成外集电器，并以围绕外集电器的外表面并与隔离层接触的方式形成外电极活性材料层的结构；或以围绕所述隔离层的外表面的方式形成外电极活性材料层，并以通过包覆在所述外电极活性材料层中而包含在所述外电极活性材料层内部并围绕与其隔开的所述隔离层的外表面的方式形成外集电器的结构。
[0048]在本发明中，所述外集电器150可以使用导电糊料或碳纤维来形成，以代替普通金属。
[0049]所述导电糊料是指能够形成普通涂层且在流过电流时能够以干燥物质的形式使用的浆料。通过将导电材料的粉末分散在粘合剂中得到这种导电糊料。
[0050]可以用于本发明中的导电糊料包括金属糊料或碳糊料。
[0051]所述金属糊料优选包含金属粉末和粘合剂，所述金属粉末选自:N1、Al、Au、Ag、Al、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba、ITO 及它们的混合物。
[0052]所述碳糊料优选包含碳粉末和粘合剂，所述碳粉末选自:石墨、炭黑、碳纳米管及它们的混合物，任选地，其还可包含导电材料。
[0053]用于金属糊料或碳糊料中的粘合剂优选选自如下物质:丙烯酰基类树脂、乙烯基类树脂、羟基纤维素、甲基纤维素、硝基纤维素、乙烯纤维素、所述树脂的改性树脂及它们的混合物。
[0054]同时，所述碳纤维是一种得自有机纤维的煅烧并主要由碳原子构成的纤维，且其耐热性高且弹性高。构成碳纤维的碳原子以六方晶体的形式结合在一起，所述六方晶体与纤维的长轴平行对齐。这种晶体对齐提供很强的物理性质。几千根碳纤维捆扎在一起以形成束，所述束可直接使用或编织成织物。仅由碳原子构成的这种碳纤维是指由非石墨化碳制成的细丝，其通过如下操作得到:将有机材料如有机纤维或树脂以及石油浙青纺丝成纱，并对纺成的纱进行碳化，随后在3000°C以上的温度下进行热处理。碳纤维通常根据原料分为人造丝类纤维、浙青类纤维和PAN类纤维。其中，主要使用浙青类碳纤维和PAN类碳纤维。
[0055]本发明的包含碳纤维的外集电器150，对其形式没有特别限制。例如，通过将碳纤维卷绕在外电极活性材料层140的外表面上，或将一个或多个在纵向上相互平行的碳纤维布置在外电极活性材料层140的外表面上,可以形成外集电器150。此外,外集电器150可以包含碳纤维机织织物，所述碳纤维机织织物围绕所述外电极活性材料层140的外表面。
[0056]由导电糊料或碳纤维形成的这种外集电器150具有良好的柔性，由此能够用于线缆型二次电池中以提高电池的柔性。此外，由于由导电糊料或碳纤维形成的外集电器150比由金属制成的常规集电器更轻，所以其能够有助于电池的轻量化。另外，包含导电糊料和碳纤维中至少一种的外集电器150，由于其具有良好的柔性，所以即使向线缆型电池施加过大的外力，仍不易发生过度变形如弯曲或严重折叠，由此防止由与内集电器110接触而造成的短路。
[0057]特别地，当外集电器150由导电糊料形成时，在电池制备中由于糊料的物理性质而将其施加到外电极活性材料层140的外表面上，由此展示与外电极活性材料层140良好的接触特性。据此，能够有效防止由于因外力造成电池变形而产生的活性材料脱落。
[0058]同时，所述内集电器优选由如下材料制成:不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝-镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；或导电聚合物。
[0059]内集电器用于收集由活性材料的电化学反应所产生的电子，或供应电化学反应所需要的电子。通常，集电器由诸如铜或铝的金属制成。特别地，当集电器由在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物或导电聚合物制成时，集电器的柔性比由诸如铜或铝的金属制成的集电器的柔性相对更高。此外，可以使用聚合物集电器代替金属集电器以减轻电
池的重量。
[0060]所述导电材料可包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、铟锡氧化物(ITO)、银、钯、镍等。所述导电聚合物可包括聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫等。然而，对用于集电器的不导电聚合物，其类型没有特别限制。
[0061]所述内电极可以为负极且所述外电极可以为正极。或者，所述内电极可以为正极且所述外电极可以为负极。
[0062]在本发明中，电极活性材料层使得离子移动通过集电器，且通过离子的相互作用如离子进入和离开电解质层的嵌入/脱嵌来造成离子的运动。
[0063]可以将这种电极活性材料层分为负极活性材料层和正极活性材料层。
[0064]具体地，当内电极为负极且外电极为正极时，内电极活性材料层变为负极活性材料层且可以由选自如下材料中的活性材料制成:天然石墨、人造石墨或碳质材料；锂-钛复合氧化物(LTO)和包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金属(Me);所述金属的合金；所述金属的氧化物(MeOx);所述金属和碳的复合材料；及它们的混合物，且外电极活性材料层变为正极活性材料层且可以由选自如下材料中的活性材料制成:LiCo02、LiNiO2,LiMn2O4, LiCoPO4, LiFePO4, LiNiMnCoO2, LiNi1_x_y_zCoxMlyM2z02 (其中 Ml 和 M2 各自独立地选自:A1、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo，且x、y和z各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中O ( χ〈0.5,0 ^ y〈0.5,0 ^ z<0.5，x+y+z ( I)及它们的混合物。
[0065]或者，当内电极为正极且外电极为负极时，内电极活性材料层变为正极活性材料层且外电极活性材料层变为负极活性材料层。
[0066]本发明的隔离层可以为电解质层或隔膜。
[0067]充当离子通道的电解质层可以由选自如下电解质的电解质制成:使用PEO、PVdF,PVdF-HFP, PMMA, PAN或PVAC的凝胶型聚合物电解质；或使用ΡΕ0、聚环氧丙烷(PPO)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚硫化乙烯(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固体电解质。优选使用聚合物或玻璃陶瓷作为骨架形成固体电解质的基体。在典型的聚合物电解质的情况中，即使当离子传导率满足时，离子的移动在反应速率方面仍非常缓慢。由此，与固体电解质相比，优选使用具有有助于离子运动的凝胶型聚合物电解质。凝胶型聚合物电解质的机械性能差，由此可包含多孔载体或交联的聚合物以改善差的机械性能。本发明的电解质层能够充当隔膜，由此可不使用另外的隔膜。
[0068]本发明的电解质层还可包含锂盐。锂盐能够改善离子传导率和响应时间。所述锂盐的非限制性实例可以包括:LiCl、LiBr, LiI, LiClO4, LiBF4' LiB10Cl10' LiPF6, LiCF3SO3'LiCF3CO2' LiAsF6, LiSbF6' LiAlCl4, CH3SO3L1、CF3SO3L1、(CF3SO2) 2NL1、氯硼酸锂、低级脂族碳酸锂和四苯基硼酸锂。
[0069]所述隔膜的实例包括但不限于:由选自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物中的聚烯烃类聚合物制成的多孔基材；由选自聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚萘二甲酸乙二醇酯中的聚合物制成的多孔基材；或由无机粒子和粘合剂聚合物的混合物制成的多孔基材。
[0070]此外，本发明的线缆型二次电池具有保护涂层。所述保护涂层为绝缘体并以围绕外集电器的方式形成，由此防止空气中的湿气和外部冲击对电极造成损害。所述保护涂层可由常规聚合物树脂如PVC、HDPE或环氧树脂制成。
[0071]下文中，将参考附图1对根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池及其制造进行简要说明。
[0072]根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池100包含:内电极，所述内电极具有内集电器110和内电极活性材料层120，所述内集电器110具有预定形状的水平横截面并纵向延伸，且所述内电极活性材料层120围绕所述内集电器110的外表面；隔离层130，所述隔离层130围绕内电极的外表面以防止电极之间短路；以及外电极，所述外电极围绕隔离层130的外表面,并具有外电极活性材料层140和外集电器150,所述外集电器150包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。
[0073]首先，以线的形式提供内集电器110，并通过涂布而在内集电器110的表面上形成内电极活性材料层120。通过各种常规方法如通过电镀法或阳极氧化法可以实施所述涂布。此外，为了保持恒定的间隔，利用使用挤出机的挤出涂布，可间断地施加含活性材料的电极浆料。另外，利用浸溃涂布或使用挤出机的挤出涂布，可以施加含活性材料的电极浆料。
[0074]随后，以围绕内电极活性材料层120的方式形成隔离层130，所述隔离层130为电解质层。用于形成隔离层130即电解质层的方法没有特别限制，但由于线性线缆型二次电池的本性而优选使用挤出涂布法以有助于制造方法。
[0075]在通过涂布电解质而形成的隔离层130的外表面上，通过涂布而形成外电极活性材料层140。内电极活性材料层120的涂布方法可同样应用于外电极活性材料层140。
[0076]然后，将银糊料施加到外电极活性材料层140的外表面上，以形成外集电器150。由此制备电极组件。
[0077]最后，以围绕电极组件的外表面的方式形成保护涂层160。所述保护涂层160为绝缘体，并形成在最外面的表面上以用于防止空气中的湿气和外部冲击对电极造成损害。作为所述保护涂层160，可使用常规聚合物树脂如PVC、HDPE和环氧树脂。
[0078]下文中，将参考图2和3对本发明的另一个实施方案进行说明。
[0079]参考图2，根据本发明的一个实施方案的线缆型二次电池200包含:相互平行布置的两个以上的内电极，各个内电极具有内集电器210、210’和围绕所述内集电器210、210’的外表面的各个内电极活性材料层220、220’;隔离层230，所述隔离层230围绕所述内电极的外表面以防止电极之间短路；外电极，所述外电极围绕隔离层230的外表面，并具有外电极活性材料层240和外集电器250，所述外集电器250包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。这种线缆型二次电池200具有由多个电极构成的内电极，由此可控制正极与负极之间的平衡并防止短路。
[0080]如图2中所示，外电极具有围绕隔离层230的外表面的外电极活性材料层240、以及围绕隔离层240的外表面的外集电器250。
[0081]此外，可以以如下结构形成外电极:具有以围绕隔离层的外表面的方式形成的外集电器和以围绕所述外集电器的外表面的方式形成的外电极活性材料层的结构；具有以围绕所述隔离层的外表面的方式形成的外集电器和以围绕外集电器的外表面并与隔离层接触的方式形成的外电极活性材料层的结构；或具有以围绕所述隔离层的外表面的方式形成的外电极活性材料层和以通过包覆在所述外电极活性材料层中而包含在所述外电极活性材料层内部并围绕与其隔开的所述隔离层的外表面的方式形成的外集电器的结构。
[0082]此外，参考图3，根据本发明的一个实施方案的线缆型二次电池300包含:相互平行布置的两个以上的内电极，各个内电极具有各个内集电器310、310’、围绕所述内集电器310、310’的外表面的各个内电极活性材料层320、320’、以及围绕所述内电极活性材料层320、320’的外表面的各个隔离层330、330’ ；外电极，所述外电极围绕内电极的外表面，并具有外电极活性材料层340和外集电器，所述外集电器包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。这种线缆型二次电池300具有由多个电极构成的内电极，由此可控制正极与负极之间的平衡并防止短路。
[0083]如图3中所示，外电极具有围绕内电极的外表面的外电极活性材料层340、以及围绕外电极活性材料层340的外表面的外集电器350。
[0084]此外，可以以如下结构形成外电极:具有以围绕内电极的外表面的方式形成的外集电器和以围绕所述外集电器的外表面的方式形成的外电极活性材料层的结构；具有以围绕所述内电极的外表面的方式形成的外集电器和以围绕外集电器的外表面并与内电极接触的方式形成的外电极活性材料层的结构；或具有以围绕所述内电极的外表面的方式形成的外电极活性材料层和以通过包覆在所述外电极活性材料层中而包含在所述外电极活性材料层内部并围绕与其隔开的所述内电极的外表面的方式形成的外集电器的结构。
【权利要求】
1.一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含: 内电极，所述内电极具有内集电器和围绕所述内集电器的外表面的内电极活性材料层； 隔离层，所述隔离层围绕所述内电极的外表面以防止电极之间短路；以及 外电极，所述外电极围绕所述隔离层的外表面，并具有外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。
2.根据权利要求1的线缆型二次电池，其中在所述外电极中， 以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外电极活性材料层，并以围绕所述外电极活性材料层的外表面的方式形成所述外集电器； 以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面的方式形成所述外电极活性材料层； 以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面并与所述隔离层接触的方式形成所述外电极活性材料层；或 以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外电极活性材料层，并以通过包覆在所述外电极活性材料层中而包含在所述外电极活性材料层内部并围绕与其隔开的所述隔离层的外表面的方式形成所述外集电器。
3.根据权利要求1的线缆型二次电池，其中所述内集电器由如下材料制成:不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；在其表面上经碳、镍、钛或银进行处理的不锈钢；铝-镉合金；在其表面上经导电材料进行处理的不导电聚合物；或导电聚合物。
4.根据权利要求3的线缆型`二次电池，其中所述导电材料选自:聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、铟锡氧化物(ITO)、银、钯、镍及它们的混合物。
5.根据权利要求3的线缆型二次电池，其中所述导电聚合物选自:聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫及它们的混合物。
6.根据权利要求1的线缆型二次电池，其中所述导电糊料为金属糊料或碳糊料。
7.根据权利要求6的线缆型二次电池，其中所述金属糊料包含金属粉末和粘合剂，所述金属粉末选自:N1、Al、Au、Ag、Al、Pd/Ag、Cr、Ta、Cu、Ba、ITO及它们的混合物。
8.根据权利要求6的线缆型二次电池，其中所述碳糊料包含碳粉末和粘合剂，所述碳粉末选自:石墨、炭黑、碳纳米管及它们的混合物。
9.根据权利要求7或8的线缆型二次电池，其中所述粘合剂选自:丙烯酰基类树脂、乙烯基类树脂、羟基纤维素、甲基纤维素、硝基纤维素、乙烯纤维素、所述树脂的改性树脂及它们的混合物。
10.根据权利要求1的线缆型二次电池，其中当所述外集电器包含碳纤维时，所述碳纤维卷绕在所述外电极活性材料层的外表面上。
11.根据权利要求1的线缆型二次电池，其中当所述外集电器包含碳纤维时，所述碳纤维为在所述外电极活性材料层的外表面上在纵向上平行布置的至少一种。
12.根据权利要求1的线缆型二次电池，其中当所述外集电器包含碳纤维时，所述碳纤维为围绕所述外电极活性材料层的外表面的碳纤维机织织物。
13.根据权利要求1的线缆型二次电池，其中所述内电极为负极且所述外电极为正极，或所述内电极为正极且所述外电极为负极。
14.根据权利要求1的线缆型二次电池，其中当所述内电极为负极且所述外电极为正极时， 所述内电极活性材料层包含选自如下材料中的活性材料:天然石墨、人造石墨或碳质材料；锂-钛复合氧化物(LTO)，以及包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金属(Me)；所述金属的合金；所述金属的氧化物(MeOx);所述金属和碳的复合材料；及它们的混合物，且 所述外电极活性材料层包含选自如下材料中的活性材料:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4,LiCoPOpLiFePCVLiNiMnCoOyLiNihnCOxMlyiCA (其中 Ml 和 M2 各自独立地选自:Al、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo，且X、y和z各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中 O ( χ〈0.5,0 ^ y<0.5,0 ^ ζ〈0.5，x+y+z ( I)及它们的混合物。
15.根据权利要求1的线缆型二次电池，其中当所述内电极为正极且所述外电极为负极时， 所述内电极活性材料层包含选自如下材料中的活性材料:LiCo02、LiNiO2, LiMn2O4,LiCoPOpLiFePCVLiNiMnCoOyLiNihnCOxMlyiCA (其中 Ml 和 M2 各自独立地选自:Al、N1、Co、Fe、Mn、V、Cr、T1、W、Ta、Mg和Mo，且X、y和z各自独立地为形成氧化物的元素的原子分数，其中 O ( χ〈0.5,0 ^ y<0.5,0 ^ ζ〈0.5，x+y+z ( I)及它们的混合物，且 所述外电极活性材料层包含选自如下材料中的活性材料:天然石墨、人造石墨或碳质材料；锂-钛复合氧化物(LT0)，以及包括S1、Sn、L1、Zn、Mg、Cd、Ce、Ni和Fe的金属(Me)；所述金属的合金；所述金属的氧化物(MeOx);所述金属和碳的复合材料；及它们的混合物。
16.根据权利要求1的线缆型二次电池，其中所述隔离层为电解质层或隔膜。
17.根据权利要求16的线缆型二次电池，其中所述电解质层包含选自如下电解质中的电解质:` 使用ΡΕ0、PVdF, PVdF-HFP, PMMA, PAN或PVAc的胶凝聚合物电解质；和 使用ΡΕ0、聚环氧丙烷(ΡΡ0)、聚乙烯亚胺(PEI)、聚硫化乙烯(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固体电解质。
18.根据权利要求16的线缆型二次电池，其中所述电解质层还包含锂盐。
19.根据权利要求18的线缆型二次电池，其中所述锂盐选自:LiCl、LiBr、Li1、LiC104、LiBF4' LiB10Cl10' LiPF6, LiCF3SO3' LiCF3CO2' LiAsF6, LiSbF6' LiAlCl4, CH3SO3Li' CF3SO3Li'(CF3SO2) 2NL1、氯硼酸锂、低级脂族碳酸锂、四苯基硼酸锂及它们的混合物。
20.根据权利要求16的线缆型二次电池，其中所述隔膜为: 由选自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物中的聚烯烃类聚合物制成的多孔基材； 由选自聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚和聚萘二甲酸乙二醇酯中的聚合物制成的多孔基材；或 由无机粒子和粘合剂聚合物的混合物制成的多孔基材。
21.一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含: 内电极，所述内电极具有相互平行布置的两个以上的电极，各个电极具有内集电器和形成在所述内集电器的表面上的内电极活性材料层； 隔离层，所述隔离层围绕所述内电极的外表面以防止电极之间短路；以及外电极，所述外电极围绕所述隔离层的外表面，并具有外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。
22.根据权利要求21的线缆型二次电池，其中在所述外电极中， 以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外电极活性材料层，并以围绕所述外电极活性材料层的外表面的方式形成所述外集电器； 以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面的方式形成所述外电极活性材料层； 以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面并与所述隔离层接触的方式形成所述外电极活性材料层；或 以围绕所述隔离层的外表面的方式形成所述外电极活性材料层，并以通过包覆在所述外电极活性材料层中而包含在所述外电极活性材料层内部并围绕与其隔开的所述隔离层的外表面的方式形成所述外集电器。
23.一种具有预定形状的水平横截面并纵向延伸的线缆型二次电池，包含: 内电极，所述内电极具有相互平行布置的两个以上的电极，各个电极具有内集电器、形成在所述内集电器的表面上的内电极活性材料层以及围绕所述内电极活性材料层的外表面的隔离层；以及 外电极，所述外电极围绕所述内电极的外表面，并具有外电极活性材料层和外集电器，所述外集电器包含导电糊料和碳纤维中的至少一种。
24.根据权利要求23的线缆型二次电池，其中在所述外电极中， 以围绕所述内电极的外表面的方式形成所述外电极活性材料层，并以围绕所述外电极活性材料层的外表面的方式形成所述外集电器； 以围绕所述内电极的外表面的方式形成所述外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面的方式形成所述外电极活性材料层； 以围绕所述内电极的外表面的方式形成所述外集电器，并以围绕所述外集电器的外表面并与所述内电极接触的方式形成所述外电极活性材料层；或 以围绕所述内电极的外表面的方式形成所述外电极活性材料层，并以通过包覆在所述外电极活性材料层中而包含在所述外电极活性材料层内部并围绕与其隔开的所述内电极的外表面的方式形成所述外集电器。
【文档编号】H01M4/02GK103891027SQ201280052772
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2012年10月25日 优先权日:2011年10月25日
【发明者】权友涵, 禹相昱, 郑惠兰, 金帝映 申请人:株式会社Lg 化学