电极组件、其制造方法和锂二次电池的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电极组件，包括第一极板、两块第二极板，第一极板的双面均涂覆有活性材料层,并且第一极板沿第一极板的长度方向被连续弯折成垂直截面为Z字形；第二极板的其中一面涂覆有活性材料层，并且第二极板沿第二极板的长度方向被连续弯折成垂直截面为Z字形，所述第一极板的两个涂覆有活性材料层的面分别与两块所述第二极板的涂覆有活性材料层的面相对，在第一极板与所述第二极板相对的面之间设有隔离层，第一极板和第二极板分别还具有连接引线的接触区。对生产设备要求低，易于电极组件的加工制造，电极组件的寿命相对延长。能提高电极组件的材料利用率，降低成本，并提高电池的能量密度，相同容量下相对减小电极组件的体积。
【专利说明】电极组件、其制造方法和锂二次电池
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种蓄电池，尤其是涉及一种电极组件、其制造方法和锂二次电池。
【背景技术】
[0002]随着移动设备的日益发展且对移动设备的需求不断增加，对于作为移动设备的能量来源的电池需求也急剧增加。其中，锂二次电池由于具有高能量密度和电压、延长的循环寿命以及低自放电率，已经商业化并得到广泛的应用。
[0003]电极组件是构成锂二次电池的重要部分，其通常具有多组阴极板/隔离层/阳极板的结构，目前常见的主要有卷绕型电极组件和堆叠型电极组件。
[0004]卷绕型电极组件是通过以下步骤制造的:将用作集流体的金属箔涂以电极活性材料层；干燥并且压制该带电极涂层的金属箔极片；将该干燥和压制的极片切割成具有预定宽度和长度的带形，制成阳极板和阴极板；使用隔离层将阳极板和阴极板分隔开，并螺旋卷绕成为阳极板/隔离层/阴极板结构。
[0005]然而卷绕型电极组件并不适合用于充电时正负极片均膨胀的电池，如钴酸锂/石墨体系电池，这是由于在电池充/放电循环中，其正负极会同时产生膨胀和收缩，使卷绕结构的弯曲部分容易由于应力而折断或刺破作为隔离层的隔膜，从而增加电池内部短路现象，缩短电池的使用寿命；另外，卷绕型电极组件还因为电极活性材料层可能被分离而影响电性，并且由于空间利用率低，卷绕型电极组件不适用于方形电池。
[0006]堆叠型电极组件，采用多个具有阴极板/隔离层/阳极板结构的全电池或多个具有阴极板(阳极板)/隔离层/阳极板(阴极板)/隔离层/阴极板(阳极板)结构的双电池依次堆叠，他们之间设置隔离层使其彼此隔离。图1和图2显示了一种典型的堆叠型电极组件结构，如图1和图2所示，堆叠型电极组件10是通过以下步骤制造的:切割阴极板1、阳极板2和隔离层5使其具有预定尺寸，依次堆叠该切割的阴极板1、分隔板5和阳极板2以制造双电池6，使用分隔薄膜7将多个双电池6包起来，以及电连接从阴极板I和阳极板3的一侧末端中突出的电极头3和4。这种结构虽然能够克服上述卷绕型电极组件的缺点，但是正负电极片的切割会产生大量的断面，边缘修整要求高，制造过程繁琐，使用精密刀模也使成本提高；采用激光切割固然能减少毛刺，但另一方面，高温切割作为阳极集流体的铜箔时产生的纳米铜氧化物对电池是致命的(该杂质在电池内部的存在会导致充放电过程中形成铜枝晶引起电极间短路)，需要提供强力的除尘装置，增加了技术难度和制造费用；另外当受到外部冲击力而被挤压时，堆叠型电极组件也很容易因变形而发生短路。
[0007]为了解决上述问题，有人想出了一种具有叠层结构的电极组件。如图3所示，在该结构中，阴极板11和阳极板12同时被弯折成垂直截面为Z字形，且二者相适应，之间设置一隔离层13。可以看到，按照这个结构制造的电极组件，阳极集流体和阴极集流体都只能在单面涂敷活性材料层，材料的利用率低，制造和使用成本高，并且与卷绕型和其他堆叠型电极组件相比，相同容量下电池的体积较大。
【发明内容】
[0008]基于此，本发明在于克服现有技术的缺陷，提供一种材料利用率高、成本低廉、寿命长、高能量密度以及易于制造的电极组件。
[0009]本发明还提供一种包含本发明所述电极组件的锂二次电池，它结构简单，高能量密度，易于制造，不易发生内部短路，成本低廉。
[0010]本发明还提供一种本发明所述电极组件的制造方法，工艺简单，有利于大规模生产，能实现电极组件工业生产自动化。
[0011]其技术方案如下:本发明提供的一种电极组件，包括第一极板、两块第二极板，所述第一极板的双面均涂覆有活性材料层，并且所述第一极板沿第一极板的长度方向被连续弯折成垂直截面为Z字形；所述第二极板的其中一面涂覆有活性材料层，并且所述第二极板沿第二极板的长度方向被连续弯折成垂直截面为Z字形，所述第一极板的两个涂覆有活性材料层的面分别与两块所述第二极板的涂覆有活性材料层的面相对，在所述第一极板与所述第二极板相对的面之间设有隔离层，所述第一极板和所述第二极板分别还具有连接引线的接触区。
[0012]下面对进一步技术方案进行说明:
[0013]优选的，所述第一极板、第二极板均包括主体区与弯折区，所述主体区与所述弯折区相连，所述第一极板被连续Z字形弯折后形成具有多个相连的折叠板的第一极板，所述第二极板被连续Z字形弯折后形成具有多个相连的折叠板的第二极板，所述弯折区为所述第一极板、第二极板上的连接相邻折叠板的区域，在所述主体区上涂覆有活性材料层。
[0014]优选的，在所述弯折区上也涂覆有活性材料层，所述弯折区上涂覆的活性材料层的厚度小于所述主体区上涂覆的活性材料层的厚度，或者所述弯折区上涂覆的活性材料层的活性材料浓度小于所述主体区上涂覆的活性材料层的活性材料浓度。
[0015]优选的，所述第一极板的接触区由第一极板集流体延伸形成。
[0016]优选的，所述第二极板的接触区由第二极板集流体延伸形成。
[0017]优选的，沿所述第一极板的长度方向的第一极板的一侧边缘为第一极板的接触区，沿所述第二极板的长度方向的第二极板的一侧边缘为第二极板的接触区。
[0018]优选的，所述第一极板、第二极板在其弯折区设有弯折标记。
[0019]本发明提供的锂二次电池，具有上述电极组件。
[0020]本发明提供的电极组件的制造方法，包括如下步骤:
[0021]准备一块第一集流体，与所述第一集流体大小相同的两块第二集流体；
[0022]在第一集流体的双面主体区上涂覆活性材料层，并且将所述第一集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形，将所述第二集流体其中一面主体区涂覆活性材料层，并且将所述第二集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形；
[0023]将所述第一极板的双面与两块所述第二极板涂覆有活性材料层的面相对，并在第一极板的双面均设有垂直截面为Z形的隔离层；
[0024]将两块所述第二极板从第一极板的两侧插入到所述第一极板中；其中，所述第一极板上任意相连的两个折叠板均被所述第二极板上的折叠板分隔开；
[0025]层叠所述第一极板、所述第二极板形成电极组件。
[0026]优选的，先在所述第一集流体的双面主体区涂覆活性材料层，再将所述第一集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形；
[0027]先在所述第二集流体的其中一面主体区涂覆活性材料层，再将所述第二集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形。
[0028]优选的，所述第二极板带动隔膜插入所述第一极板经弯折后形成的相对面之间，隔膜沿着第一极板板面被弯折成为所述隔离层。
[0029]优选的，所述第一极板每一弯折边的宽度与所述第二极板每一弯折边的宽度相同。
[0030]优选的，所述第一极板、两块所述第二极板为相同形状的Z字形，所述第一极板、两块所述第二极板具有相同块数的折叠板。
[0031]下面对前述技术方案的原理、效果等进行说明:
[0032]构成本发明所述的第一极板、与第一极板极性相反的两第二极板，相对于推叠型电极组件，均无需切割，无断面，即无需对电极边缘修整，能避免由于激光高温切割所产生的纳米铜氧化物导致电池充放电过程中形成铜枝晶引起电极短路，对生产设备要求低，只需弯折成垂直截面为Z形，更易于电极组件的加工制造，相对于卷绕型电极组件，能避免卷绕结构的弯曲部分易于因应力而折断或刺破作为隔离层的隔膜，电极组件的寿命相对延长。相对于改进的叠层结构的组件，由于第一极板采用双面涂覆活性材料层，因此相对能提高电极组件的材料利用率，降低成本，并提高电池的能量密度，相同容量下相对减小电极组件的体积。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是现有技术推叠型电极组件的结构示意图；
[0034]图2是现有技术卷绕型电极组件的结构示意图；
[0035]图3是现有技术中的一种Z形叠层结构的电极组件的结构示意图；
[0036]图4是本发明实施例所述Z形叠层结构电极组件组装之前的结构示意图；
[0037]图5是本发明实施例所述电极组件装配之后，沿着图4中的B-B处的截取的垂直截面图。
[0038]附图标记说明:
[0039]21、第一极板，22、第二极板，23、隔离层，24、第一接触区，25、第二接触区，26、活性材料层。
【具体实施方式】
[0040]下面对本发明的实施例进行详细说明:
[0041]如图4、5所示，本发明提供的一种电极组件，包括第一极板21、两块第二极板22，所述第一极板21的双面均涂覆有活性材料层26，并且所述第一极板21沿第一极板21的长度方向被连续弯折成垂直截面为Z字形。所述第二极板22的其中一面涂覆有活性材料层26，并且所述第二极板22沿第二极板22的长度方向被连续弯折成垂直截面为Z字形，所述第一极板21的两个涂覆有活性材料层26的面分别与两块所述第二极板22的涂覆有活性材料层26的面相对，在所述第一极板21与所述第二极板22相对的面之间设有隔离层。其中，本发明所述的隔离层23可为柔性的隔膜，隔膜可以不用弯曲为垂直截面为Z字形，它由于具有柔性可以被第二极板22带入第一极板21过程中自然弯曲为垂直截面为Z字形，所述第一极板21与所述第二极板22的极性相反，当第一极板21为阴极板时，第二极板22即为阳极板，第一极板21的双面为阴极活性材料层26，第二极板的其中一面为阳极活性材料层26。当第一极板21为阳极板时，第二极板22即为阴极板，第一极板21的双面为阳极活性材料层26，第二极板22的其中一面为阴极活性材料层26。所述第一极板21和所述第二极板22分别还具有连接引线(图中未示意出)的第一接触区24和第二接触区25。
[0042]构成本发明所述的第一极板21、与第一极板21极性相反的两第二极板22，相对于推叠型电极组件，均无需切割，无断面，即无需对电极边缘修整，能避免由于激光高温切割所产生的纳米铜氧化物导致电池充放电过程中形成铜枝晶引起电极短路，对生产设备要求低，只需弯折成垂直截面为Z形，更易于电极组件的加工制造，相对于卷绕型电极组件，能避免卷绕结构的弯曲部分易于因应力而折断或刺破作为隔离层26的隔膜，电极组件的寿命相对延长。相对于改进的叠层结构的组件，由于第一极板21采用双面涂覆活性材料层，因此相对能提高电极组件的材料利用率，降低成本，并提高电池的能量密度，相同容量下相对减小电极组件的体积。
[0043]如图4所示，所述第一极板21、第二极板22均包括主体区与弯折区，所述主体区与所述弯折区相连，所述第一极板21被连续Z字形弯折后形成具有多个相连的折叠板的第一极板21，所述第二极板22被连续Z字形弯折后形成具有多个相连的折叠板的第二极板22，所述弯折区为所述第一极板21、第二极板22上的连接相邻折叠板的区域，在所述主体区上涂覆有活性材料层26。
[0044]在其中一个实施例中，在所述弯折区上也涂覆有活性材料层26，所述弯折区上涂覆的活性材料层26的厚度小于所述主体区上涂覆的活性材料层26的厚度，或者所述弯折区上涂覆的活性材料层26的活性材料浓度小于所述主体区上涂覆的活性材料层26的活性材料浓度。相邻弯折区之间的距离即可确定折叠板的宽度以及所形成的电极组件的宽度，在弯折区不涂覆或稀薄涂覆活性材料层26的目的是减少弯折区的厚度，从而便于将第一极板21、第二极板22弯曲。所述第一极板21的第一接触区24由第一极板集流体延伸形成，且未涂覆活性材料层。所述第二极板22的第二接触区25由第二极板22集流体延伸形成，且未涂覆活性材料层26。所述第一极板21、第二极板22的边缘区域未涂覆活性材料层26，所述边缘区域为接触区。在其中一个实施例中，所述第一极板21、第二极板22在其弯折区域设有弯折标记。可以根据该预先制定的弯折标记来弯折第一极板21、第二极板22以及在第一极板21、第二极板22表面涂覆活性材料层26，能提高生产效率，提高电机组件的产品质量。
[0045]本发明提供的锂二次电池，具有上述电极组件。
[0046]本发明提供的电极组件的制造方法，包括如下步骤:
[0047]准备一块第一集流体，与所述第一集流体大小相同的两块第二集流体；
[0048]在第一集流体的双面主体区上涂覆活性材料层形成第一极板21，并且将所述第一集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形，将所述第二集流体其中一面主体区涂覆活性材料层形成第二极板22，并且将所述第二集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形；
[0049]将所述第一极板21的双面与两块所述第二极板22涂覆有活性材料层的面相对，并在第一极板21的双面均设有垂直截面为Z形的隔离层；[0050]将两块所述第二极板22从第一极板21的两侧插入到所述第一极板21中；其中，所述第一极板21上任意相连的两个折叠板均被所述第二极板22上的折叠板分隔开；
[0051]层叠所述第一极板21、所述第二极板22形成电极组件。
[0052]本发明所述电极组件的方法简单，电极组件的生产效率高。
[0053]在其中一个实施例中，先在所述第一集流体的双面主体区涂覆活性材料层，再将所述第一集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形；
[0054]先在所述第二集流体的其中一面主体区涂覆活性材料层，再将所述第二集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形。
[0055]在其中一个实施例中，所述隔离层26分别位于所述第一极板21的两侧，且沿着第一极板21板面连续弯折成垂直截面为Z字形。隔离层26具有一定强度，事先可弯曲成垂直截面为Z字形，与第一极板21、两个第二极板22 —起装配，节省时间，提高装配效率。
[0056]在其中一个实施例中，所述第二极板22带动隔膜插入所述第一极板21经弯折后形成的相对面之间，隔膜沿着第一极板21板面被弯折成为所述隔离层23。
[0057]在其中一个实施例中，所述第一极板21每一弯折边的宽度与所述第二极板22每一弯折边的宽度相同。
[0058]在其中一个实施例中，所述第一极板21、两块所述第二极板22为相同形状的Z字形，所述第一极板21、两块所述第二极板22具有相同块数的折叠板。
[0059]以上所述实施例仅表达了本发明的【具体实施方式】，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种电极组件，其特征在于，包括第一极板、两块第二极板，所述第一极板的双面均涂覆有活性材料层，并且所述第一极板沿第一极板的长度方向被连续弯折成垂直截面为Z字形；所述第二极板的其中一面涂覆有活性材料层，并且所述第二极板沿第二极板的长度方向被连续弯折成垂直截面为Z字形，所述第一极板的两个涂覆有活性材料层的面分别与两块所述第二极板的涂覆有活性材料层的面相对，在所述第一极板与所述第二极板相对的面之间设有隔离层，所述第一极板和所述第二极板分别还具有连接引线的接触区。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一极板、第二极板均包括主体区与弯折区，所述主体区与所述弯折区相连，所述第一极板被连续Z字形弯折后形成具有多个相连的折叠板的第一极板，所述第二极板被连续Z字形弯折后形成具有多个相连的折叠板的第二极板，所述弯折区为所述第一极板、第二极板上的连接相邻折叠板的区域，在所述主体区上涂覆有活性材料层。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，在所述弯折区上也涂覆有活性材料层，所述弯折区上涂覆的活性材料层的厚度小于所述主体区上涂覆的活性材料层的厚度，或者所述弯折区上涂覆的活性材料层的活性材料浓度小于所述主体区上涂覆的活性材料层的活性材料浓度。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一极板的接触区由第一极板集流体延伸形成。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第二极板的接触区由第二极板集流体延伸形成。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，沿所述第一极板的长度方向的第一极板的一侧边缘为第一极板的接触区，沿所述第二极板的长度方向的第二极板的一侧边缘为第二极板的接触区。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述第一极板、第二极板在其弯折区设有弯折标记。
8.一种锂二次电池，包括权利要求1到7任一所述的电极组件。
9.一种电极组件的制造方法，包括如下步骤: 准备一块第一集流体，与所述第一集流体大小相同的两块第二集流体； 在第一集流体的双面主体区上涂覆活性材料层，并且将所述第一集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形，将所述第二集流体其中一面主体区涂覆活性材料层，并且将所述第二集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形； 将所述第一极板的双面与两块所述第二极板涂覆有活性材料层的面相对，并在第一极板的双面均设有垂直截面为Z形的隔离层； 将两块所述第二极板从第一极板的两侧插入到所述第一极板中；其中，所述第一极板上任意相连的两个折叠板均被所述第二极板上的折叠板分隔开； 层叠所述第一极板、所述第二极板形成电极组件。
10.根据权利要求9所述的电 极组件的制造方法，其特征在于， 先在所述第一集流体的双面主体区涂覆活性材料层，再将所述第一集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形； 先在所述第二集流体的其中一面主体区涂覆活性材料层，再将所述第二集流体连续等间距弯折成垂直截面为Z字形。
11.根据权利要求9所述的电极组件的制造方法，其特征在于， 所述第二极板带动隔膜插入所述第一极板经弯折后形成的相对面之间，隔膜沿着第一极板板面被弯折成为所述隔离层。
12.根据权利要求9所述的电极组件的制造方法，其特征在于，所述第一极板每一弯折边的宽度与所述第二极板每一弯折边的宽度相同。
13.根据权利要求9所述的电极组件的制造方法，其特征在于，所述第一极板、两块所述第二极板为相同形状的Z字形，所述第一极板、两块所述第二极板具有相同块数的折叠板。
【文档编号】H01M4/139GK103887472SQ201410128893
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】黄学杰, 王小刚 申请人:广州中国科学院工业技术研究院, 中国科学院物理研究所