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TWI484686B - 電極組及包含其之電化學電池 - Google Patents

電極組及包含其之電化學電池 Download PDF

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TWI484686B
TWI484686B TW102123208A TW102123208A TWI484686B TW I484686 B TWI484686 B TW I484686B TW 102123208 A TW102123208 A TW 102123208A TW 102123208 A TW102123208 A TW 102123208A TW I484686 B TWI484686 B TW I484686B
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Dae Geun Ku
Hyuk Su Kim
Jun Woo Huh
Hyang Mok Lee
Chang Bum Ahn
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Lg Chemical Ltd
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Description

電極組及包含其之電化學電池
本發明請求於2012年6月28日提交韓國智慧財產局之韓國專利公開號第10-2012-0069832號以及於2013年6月28日提交韓國智慧財產局之韓國專利公開號第10-2013-0075040號之權益，所揭露內容係全部併入本案以供參考。
本發明係關於一種電極組及一種包含其之電化學電池，更具體而言，係關於一種藉由堆疊方法而非摺疊方法而製造之電極組，並達到精確地排列(minute alignment)及穩定的固定，以及一種包含其之電化學電池。
根據電極組的結構，二次電池可分為各種形式，例如，該二次電池可分類為一堆疊型結構、一捲撓型(果凍捲型)結構、或一堆疊/摺疊型結構。關於該堆疊型結構，將一陰極、一分隔膜及一陽極分割成固定大小，並依序堆疊形成一電極組。在此情況下，在該陰極及該陽極之間配置該分隔膜。關於捲撓型結構，一陰極、一分隔膜、一陽極及一分隔膜形成為片狀並依序推疊，接著，捲撓以形成一電極組。關於堆疊/摺疊型結構，首先形成一全電池(full cell) 或一雙電池(biscell)，且係藉由使用一分隔膜片來捲繞以形成一電極組。在分割該陰極之後，該分隔膜與該陽極成為某些大小並將其依序堆疊，以形成該全電池或二電池。(該全電池或該二電池分別地包含一個以上的陰極、分隔膜與陽極。)在專利文獻1及2中，更仔細揭示該堆疊/摺疊型之結構。
然而，由於構成該電極組的該電極單元(陰極、分隔膜與陽極)係分別堆疊，因此，難以將該電極組精準地排列。此外，需要許多的程序以製造該電極組。通常，關於堆疊/摺疊型結構之製造，需要兩個層疊設備與一摺疊設備。因此，該電極組的製造步驟係非常複雜。特別地，因為在該堆疊/折疊型中，經由摺疊以堆疊該全電池或該雙電池，因此，該全電池與該雙電池的精密排列是非常困難。
(專利文獻1)韓國專利公開號第2001-0082059
(專利文獻2)韓國專利公開號第2001-0082060
考慮到上述缺點，本發明的一態樣提供一藉由堆疊方法而非以摺疊方法製造的電極組，能達到精密排列以極穩定固定；以及一包含其的電化學電池。
根據本發明的一態樣，提供包含一電極堆疊部件及一電極固定部件之一電極組，其中，該電極堆疊部件係藉由堆疊至少一基本單元(radical unit)而形成，其中該基本單元具有一第一電極、一分隔膜、一第二電極、及該分隔膜之四層結構；以及電極固定部件係用於捲繞及固定該 電極堆疊部件。在此情況下，該基本單元可藉由重複堆疊該四層結構，而具有一八層結構。
尤其，該基本單元可包含一雙電池以及一附加電池(supplementary cell)，其中該二電池係依序堆疊該第一電極、該分隔膜、該第二電極、該分隔膜及該第一電池而形成，該附加電池係從兩個第一電極之中之一個第一電極，依序堆疊該分隔膜、該第二電極、及該分隔膜而形成。
此外，該基本單元可包含雙電池、一分隔膜以及一附加電池，其中，該二電池係藉由依序堆疊該第一電極、該分隔膜、該第二電極、該分隔膜、及該第一電極而形成；分隔膜係堆疊在兩個第一電極之中之一個第一電極上；該附加電池係藉由從在兩個第一電極之中之一個第一電極，依序堆疊該分隔膜及該第二電極。
根據本發明的電極組，其係重複堆疊基本單元，以形成一電極堆疊部件。因此，電極組係藉由堆疊程序而不是摺疊程序而形成，並可改善該電極組的生產率。
此外，在本發明的電極組中，電極組可藉由排列基本單元電而進行總體排列，達到電極組精確排列的可能。
又，經由捲繞電極固定部件，可固定本發明的該電極組的該電極堆疊部件。因此，可達成穩定的固定。
100、100a、100b‧‧‧電極堆疊部件
110、110a、110b、110c、110d‧‧‧基本單元
111‧‧‧第一電極
112‧‧‧分隔膜
113‧‧‧第二電極
116‧‧‧雙電池
117、118‧‧‧附加電池
121‧‧‧第一電極材料
122‧‧‧第一分隔膜材料
123‧‧‧第二電極材料
124‧‧‧第二分隔膜材料
200、200a、200b、200c、200d、200e、200f‧‧‧電極固定部件
211‧‧‧上固定元件
212‧‧‧下固定元件
216‧‧‧關閉部件
221‧‧‧固定片
C1 、C2 、C3 ‧‧‧切割器
L1 、L2 、L3 、L4 ‧‧‧壓模機
d‧‧‧寬度
由下列詳細描述結合隨附圖式，將清楚了解本發明之上述及其他態樣、特徵及其他優點，其中： 圖1係說明根據本發明的電極堆疊部件之側視圖。
圖2係說明根據本發明的基本單元之第一結構之側視圖。
圖3係說明根據本發明的基本單元之第二結構之側視圖。
圖4係說明在圖2中之基本單元的製造過程之過程圖。
圖5係說明根據本發明的基本單元之第三結構之側視圖。
圖6係說明書在圖5中基本單元之爆炸全景視圖。
圖7係說明在圖5中基本單元之製造過程之過程圖。
圖8係說明根據本發明的自由基單體電池的第四結構之側視圖。
圖9係說明在圖8中之基本單元之爆炸全景視圖。
圖10係說明在圖8中之基本單元之製造過程之過程圖。
圖11係說明根據本發明的電極固定部件之第一實施例之透視圖。
圖12係說明根據本發明的電極固定部件之第二實施例之透視圖。
圖13係說明根據本發明的電極固定部件之第三實施例之透視圖。
圖14係說明根據本發明的電極固定部件之第四實施例之透視圖。
圖15係說明根據本發明的電極固定部件之第五實施例 之透視圖。
圖16係說明根據本發明的電極固定部件之第六實施例之透視圖。
參照隨附圖式，將詳細描述本發明示例型實施例。然而，本發明並不限制或限定於下列實施例中。
根據本發明的該電極組基本上包含一電極堆疊部件及一電極固定部件。首先說明該電極堆疊部件。該電極堆疊部件(參閱圖1的元件100a等)包含至少一基本單元(參閱圖2的110a)。即，藉由包含一基本單元110或至少兩個基本單元110，以形成該電極堆疊部件100。藉由堆疊基本單元110，以形成該電極堆疊部件100。例如，如圖1所說明，藉由堆疊一基本單元110a及其它基礎單元電池，以形成該電極堆疊部件100a。如上所述，經由該基礎單元電池而堆疊該基本單元110，以形成該電極堆疊部件100。即，可預先形成該基本單元110，接著依序堆疊以形成該電極堆疊部件100。
如上所述，根據本發明的該電極堆疊部件100，其特徵在於：藉由重複堆疊該基本單元110，以形成該電極堆疊部件100。經由該方法製造的電極堆疊部件100可使基本單元110精確排列，且可改善生產率。(例如，可省略使用在堆疊/摺疊型電極之折疊過程)。
藉由堆疊第一電極111、分隔膜112、第二電極113及該分隔膜112，以形成該基本單元100。如上所述， 該基本單元110大致上具有四層結構。尤其，如圖2所示，該基本單元110可從上部至下部，藉由依序堆疊該第一電極111、該分隔膜112、該第二電極113及該分隔膜112而獲得，或者，如圖3所說明，該基本單元110可從下部至上部，藉由依序堆疊該第一電極111、該分隔膜112、該第二電極113及該分隔膜112而獲得。在此情況下，該第一電極111及該第二電極112可為彼此相對的電極。例如，當該第一電極111為一陽極時，該第二電極113可為一陰極。當然，該電極可具有相反的極性。
當基本單元係重複堆疊而形成該電極堆疊部件時，該第一電極可位於該電極堆疊部件的最上部或最低部。在此情況下，為了避免該第一電極直接與殼體(例如，袋狀)接觸，因此，該分隔膜可附加地堆疊在位於最外位置之該第一電極上，以從該殼體隔離位於最外部位的該第一電極並暴露至外部(例如，位於圖1的最外部位之該第一電極)。亦可使用分隔膜片來代替分隔膜。例如，可以該分隔膜片捲繞該電極堆疊部件，以從該殼體隔離位於最外部位該第一電極。或者，經由將在下文中描述的電極固定部件，可從該殼體隔離位在最外部位的該第一電極。
以下製程(參閱圖4)可形成該基本單元110a。首先，製備一第一電極材料121、一第一分隔膜材料122、一第二電極材料123及一第二分隔膜材料124。在這情況下，可將該電極材料121及123切成預定大小，以形成該電極111及113。對第一及第二分隔膜材料122及124進行相同製程。 為了自動化該製造過程，該電極材料及該分隔膜材料可卷繞於輥上。在製備材料之後，經由切割器C1 ，將該第一電極材料121切成預定大小。接著，經由切割器C2 ，將該第二電極材料123亦切成某些大小。之後，將具有某些大小的該第一電極材料121提供至該第一分隔膜材料122上。具有預定大小的該第二電極材料123亦提供至該第二分隔膜材料124上。接著，將所有材料提供至壓模機(laminator)L1 及L2 。
如上所述，藉由重複地堆疊該基本單元110，可形成該電極堆疊部件100。然而，當構成該基本單元110的該電極與該分隔膜係彼此分離時，該基本單元110之重複堆疊可能是困難的。因此，當形成該基本單元110時，該電極與該分隔膜可彼此黏著。使用壓模機L1 及L2 將該電極及該分隔膜彼此黏著。即，藉由施加壓力或熱，將該電極材料與該分隔膜材料彼此黏著，並藉由壓模機L1 及L2 施壓在該材料上。經由該黏著，該基本單元110可更穩定維持其形狀。
而且，切割器C3 可將該第一分隔膜材料122與該第二分隔膜材料124切為預訂大小。藉由切割而形成該基本單元110a。視情況需要，可另外在該基本單元110a上進行各種檢查，例如，可額外進行厚度檢查、視覺檢查、短檢查(short inspection)等檢查。
同時，該分隔膜的表面(該分隔膜材料)可塗佈具有黏著性的塗佈材料。該塗佈材料可為無機顆粒及黏著劑聚合物之混合物。(藉由使用該塗布材料之塗佈層稱為SRS塗佈層)。該無機顆粒可改善該分隔膜的熱穩定性。即，該無機顆 粒可防止在高溫下該分隔膜的收縮。此外，該黏著劑聚合物可固定該無機顆粒。因此，該無機顆粒可具有特定多孔結構。由於該多孔結構，即使該分隔膜塗佈該無機顆粒，離子可輕易地從該陰極移動至該陽極。此外，該黏著劑聚合物可穩定地維持該無機顆粒於該分隔膜，以改善該分隔膜的機械穩定性。此外，該黏著劑聚合物可更穩定地黏著該分隔膜於該電極上。據了解，可藉由聚烯烴系分隔膜基材，以形成該分隔膜。
如圖2及3的詳細說明，該電極111及113係位於該分隔膜112的兩側，然而，該電極113僅位於另一分隔膜112的一側。因此，可塗佈該塗佈材料於該分隔膜112的兩側上，同時可僅塗佈該塗布材料於另一分隔膜112的一側上。即，可塗佈該塗佈材料於面對該第一電極111及該第二電極113之該分隔膜112的兩側上，且可塗佈該塗佈材料於面對該第二電極113的另一分隔膜113的一側上。
如上所述，基本單元間的黏著可透過塗佈材料即可充分黏著。因此，如上所述，可僅在分隔膜112的一側上進行該塗佈。由於可藉由熱壓方法等而彼此黏著該基本單元，因此，視情況需要，可進行塗佈於該分隔膜的兩側上。即，視情況需要，可塗佈該分隔膜112於面對該第二電極113的一側上及其相對側上。
據了解，當將具有黏著性的塗佈材料塗佈在該分隔膜上時，不建議藉由使用某些物件直接加壓在該分隔膜上。一般，該分隔膜係從該電極向外延長及延伸。因此，該 分隔膜112的末端及另一分隔膜112的末端可彼此結合。例如，藉由超聲波焊接(sonication welding)，可彼此焊接該分隔膜112的末端及另一分隔膜112的末端。在這種情況下，進行超聲波焊接必需使用一錐狀物(horn)在主體上直接加壓。然而，當該分隔膜的未端部位係藉由該錐狀物而直接加壓時，該錐狀物可能會因為具有黏著性的塗佈材料而黏著至該分隔膜。在此情況下，可能使設備故障，因此，當將具有黏著性的該塗佈材料塗佈在該分隔膜時，不建議藉由使用特定物體直接加壓在該分隔膜上。
此外，該基本單元110不需要具有四層結構。例如，該基本單元110可藉由依序堆疊該第一電極111、該分隔膜112、該第二電極113、該分隔膜112、該第一電極111、該分隔膜112、該第二電極113及該分隔膜112而具有八層結構。即，該基本單元110可藉由重複四層結構而形成八層結構。
範例性實施例將更詳細地描述。如圖5至6的說明，該基本單元110c可形成包含雙電池116及附加電池117之八層結構。在此情況下，從上部至該下部(或從下部至上部)，藉由依序堆疊該第一電極111、該分隔膜112、該第二電極113、該分隔膜112及該第一電極110，以形成該雙電池。通常，當該第一電極為陰極時，所獲得的結構可為一A-型雙電池，且當該第一電極為陽極時，因此所獲得的結構可為一C-型雙電池。
從該雙電池的該第一電極111，可藉由依序堆疊 該分隔膜112、該第二電池113及該分隔膜112，以形成該附加電池117，即，接著從該雙電池的該第一電極111至外部。在此情況下，該雙電池116的該第一電極111可為位於該二電池的最上部為之該第一電極111，或位於該雙電池116的最低部位之該第一電極111。(圖5說明該附加電池堆疊在位於該雙電池得最低部之該第一電極上之一範例實施例)。
如上所述，可藉由重複地堆疊具有上述八層結構作為基本單元之該基本單元110c，以形成該電極堆疊部件100。(當然，該電極堆疊部件可僅藉由一基本單元而形成)。當使用堆疊/摺疊結構的A-型雙電池或C-型雙電池時，透過上述方法形成的基本單元100c中，該電極堆疊部100能夠僅藉由堆疊過程而非折疊過程而形成。
藉由下列製程(參閱圖7)可形成上述之具有該八層結構的該基本單元110。首先，製備一第一電極材料、一分隔膜材料、一第二電極材料、一分隔膜材料、及一第一電極材料。接著，依序堆疊這些材料及提供至第一壓模機L1 及L2 。在第一壓模機L1 及L2 ，該材料積層成該雙電池116的相對的結構(該層疊製程與一般的層疊製程相同)。之後，另外提供該分隔膜材料、該第二電極材料、及該分隔膜材料至第二壓模機L3 及L4 。在第二壓模機L3 及L4 ，該材料係層疊成該基本單元110c的相對應的結構。
經由進行上述過程形成的該基本單元110c亦可使用一般的製程製造。因此，可藉由導入一新的製程而非折疊製程，以製造該電極組，且可明顯地降低用於設備投資的 成本消耗。此外，由於基本單元110c可藉由連續層疊步驟而形成，因此，可簡單化該製程。尤其，相較於該第一層疊步驟，在低溫及低壓下，可進行該二次層疊製程，而降低成本。又，藉由層疊該附加電池117於該雙電池的一側，以進行該第二層疊製程。因此，在不同溫度可控制該第二壓模機的上部L3 及下部L4 。因此，可減少該第二壓模機的能量消耗。
此外，如圖8及9的說明，該基本單元110d可具有八層結構。即，如圖8的說明，該基本單元110d可形成為包含該雙電池116及該附加電池118之八層結構，其中，該雙電池藉由依序堆疊該第一電極111、該分隔膜112、該第二電極113、該分隔膜112及該第一電極111，且該附加電池118係藉由在兩個第一電極111中之一個電極上堆疊分隔膜112、以及在兩個該第一電極的111之另一電極上堆疊該分隔膜112及該第二電極113而形成。圖8說明該分隔膜112係堆疊在位於該二電池116的最高部位之第一電極111上，該附加電池118係堆疊在位於該雙電池的最低部位之該第一電極111上之一範例實施例。然而，可相反地進行該堆疊。
藉由下述製程(參閱圖10)，可形成具有八層結構的上述的基本單元110d。首先，製備該第一電極材料、該分隔膜材料、該第二電極材料、該分隔膜材料、及該第一電極材料。接著，依序堆疊這些材料並提供至該第一壓模機L1 及L2 。在第一壓模機L1 及L2 ，該材料層疊成一相對於該雙電池116之結構。(該層疊過程與一般的層疊過程相同)。之後，提供該材料至該第二壓模機L3 及L4 ，使得該分隔膜112 可堆疊在位於最高位置的該第一電極111上，並使得從位於該二電池116之最低部位之第一電極111至外部，依序堆疊該分隔膜112及該第二電極113。在第二壓模機L3 及L4 ，該材料層疊成一相對應該基本單元110d的結構。據了解，可在分離壓模機中進行：在位於最上部之該第一電極111上之該分隔膜112之層疊製程，以及從位於該二電池116的最低部位的該第一電極111至外部，依序堆疊該分隔膜112與該第二電極113之層疊製程。
下述將解釋該電極堆疊部件100及該電極固定部件200。如上所述，本發明電極組基本特徵為：僅藉由堆疊製程而非折疊製程，而形成該電極堆疊部件100。即，根據本發明，藉由該層疊製程，以形成該基本單元110，接著，堆疊一個以上個基本單元100，以形成該電極堆疊部件100。為了更穩定地固定該電極堆疊部件100，本發明電極組包含一電極固定部件200，該電極固定部件200係用於捲繞及固定該電極堆疊部件100。如下文所述，可以各種實施例來達成該電極固定部件200。
首先，如圖11的說明，該電極固定部件200可包含一提供在該電極堆疊部件100上部位之上固定元件211，以及提供在該電極部件100的下部位之下固定元件212。在此，該下固定元件212可與該上固定元件211連接，以緊密黏著至沿著該上固定部件211之該電極堆疊部件100。透過黏著性質，該電極固定部件200a可固定該電極堆疊部件100。即，藉由位於該上固定元件211及下固定元件212之間的該 電極堆疊部件100之電極固定部件200a，可固定該電極堆疊部件100，並彼此黏著該上固定元件211及該下固定元件212。
在此情況下，藉由超聲波焊接(sonication welding)或熱封(heat sealing)，該下固定元件212可黏著至該上固定元件211。經由該黏著，在該上固定元件211及下固定元件212的黏著部件可形成一閉封部件216。在兩側可形成該閉封部件216。在此，該閉封部件216可具有約1至5mm的寬度(d)。當使用超聲波焊接時，焊接強度可約為30至100gf。此外，當使用熱封時，封接溫度可從約120℃至180℃，封接厚度可約一有機材料的50%至80%，且封接強度可約30至100 gf。
或者，如圖12的說明，一電極固定部件200b可具有一片形狀之一固定片221，以捲繞該電極堆疊部件100。在此情況下，藉由超聲波焊接或熱封，該固定片之一末端及另一末端可彼此連接，以捲繞該電極堆疊部件100。即，藉由使用該固定片221，可捲繞該電極堆疊部件100同時形成圍繞結構，且可連接彼此接觸的該固定片221之一末端與另一末端。接著，藉由該電極固定部件200b，可固定該電極堆疊部件100。
據了解，藉由使用與該分隔膜112不相同的材料，可形成該電極固定部件200，例如，藉由使用至少一不織布、PP、PE、及PET。更具體而言，可藉由使用具有約1μm以上的孔大小之不織布，以形成該電極固定部件200。或者， 可藉由使用至少一具有約20至100μm厚度的PP、PE及PET，以形成該電極固定部件200。
此外，如圖13的說明，電極固定部件200c可具有一管道形狀，其包含一第一開口231、一面對該第一開口231之第二開口、及一從該第一開口230延伸至該第二開口的內部空間，用以容納該電極堆疊部件100。藉由因熱而收縮，如上所述的該電極固定部件200c可黏著至該電極堆疊部件100。即，藉由容納該電極堆疊部件100於該電極固定部件200c之內部空間，並藉由加熱該電極固定部件200c，可收縮該電極固定部件200c並黏著至該電極堆疊部件100。該電極固定部件200c可透過黏結而固定該電極堆疊部件100。
如圖14的說明，電極固定部件200d可形成為一多孔絕緣線帶。即，藉由使用多孔絕緣線帶來捲繞該電極堆疊部件100，可固定該電極堆疊部件100。
最後，如圖15的說明，可從沿著該電極堆疊部件100之側表面之該電極堆疊部件100之上表面至該電極堆疊部件100的下表面延伸一電極固定部件200e，以固定該電極堆疊部件100。例如，將一聚合物線帶之未端部位固定至該電極堆疊部件100之上表面。接著，沿著該電極堆疊部件100拉長該聚合物線帶之另一末端，並固定至該電極堆疊部件100的下表面。在此情況下，經由熱封藉由該聚合物線帶，可固定該電極堆疊部件100。此外，如圖16的說明，藉由至少一圍繞，該電極固定部件200f可捲繞該電極堆疊部件100。如上所述，該電極固定部件不能完全捲繞該電極堆疊部件。
之後，將說明根據本發明的該電極組。
陰極結構
基本單元基本上包含一陰極與一陽極。此外，該基本單元包含設置於該陰極與該陽極之間的一分隔膜。例如，可藉由塗佈陰極活性材料、導電性材料及黏著劑(泥漿)之混合物於集電器上；乾燥並壓製以製造該陰極。視情況需要，該混合物可更包含一填充物。該陰極可形成為一片狀設在輥上。
[陰極集電器]
陰極集電器一般的製備厚度為3至500μ m。至於該陰極集電器，可使用不引起化學變化並具有高導電性之材料。例如，通常可使用不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結碳、具有碳、鎳、鈦、銀等之鋁或不銹鋼之表面處理材料。然而，本發明不限於此。為了增加陰極活性材料之黏著性，在該陰極集電器的表面上形成微小押花(minute embossing)。此外，該陰極集電器可具有各種型式，如薄膜、片、箔、網狀物、多孔體、發泡體、不織布等。
[陰極活性材料]
用於鋰二次電池的陰極活性材料可包含：例如，鋰鈷氧化物(LiCoO2 )、鋰鎳氧化物(LiNiO2 )等之一層化合物、或以一個以上的過度金屬取代的一取代化合物；鋰鎂氧化物，例如，Li1+x Mn2-x O4 (其中，x為0至0.33)、LiMnO3 、LiMn2 O3 、LiMnO2 等；鋰銅氧化物(Li2 CuO2 )；釩氧化物，如，LiV3 O8 、LiFe3 O4 、V2 O5 、Cu2 V2 O7 等；藉由化學式LiNi1-x Mx O2 (其中， M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，x=0.01 to 0.3)取代的Ni位-型鋰鎳氧化物；藉由化學式LiMn2-x Mx O2 (其中，M=Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且x=0.01至0.1)或Li2 Mn3 MO8 (其中，M=Fe、Co、Ni、Cu或Zn)取代的鋰鎂複合物；一部分的Li係以鹼土金屬離子取代之LiMn2 O4 ；二硫化物；Fe2 (MoO4 )3 等。然而，本發明不限於此。
通常，以該混合物的總重量為基準，添加導電性材料至包含1至50重量百分比之陰極活性材料之混合物中。可藉由使用具有導電性但不引起化學變化之材料，以形成該導電性材料。例如，通常可使用石墨例如，天然石墨、合成石墨等；碳黑，例如，碳黑(carbon black)、乙炔黑(acetylene black)、ketjen碳黑(ketjen black)、槽法碳黑(channel black)、爐碳黑(furnace black)、燈碳黑(lamp black)、熱碳黑(thermal black)等，導電性纖維，例如，碳纖維，金屬纖維等；金屬粉末，例如，氟化碳粉末(carbon fluoride powder)、鋁粉末、鎳粉末等；導電性晶鬚(conductive whisker)，例如，鈦化鉀等；導電性金屬氧化物，例如，鈦氧化物等；導電性材料，例如，聚伸苯(polyphenylene)衍生物等。
黏著劑係為協助活性材料與該導電性材料結合及與該集電器結合之化合物，且以包含該陰極活性材料之混合物的總數量為基準，通常包含約1至50重量百分比。通常，黏著劑的實施例可包含聚氟乙烯(polyfluoro vinylidene)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol)、羧甲基纖維素(carboxymethyl cellulose，CMC)、澱粉(starch)、羥基丙基纖維素(hydroxypropyl cellulose)、再生纖維素(regenerated cellulose)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrrolidone)、四氟乙烯(tetrafluoroethylene)、聚乙烯(polyethylene)、聚丙烯(polypropylene)、乙烯-丙烯-二溪聚合物(ethylene-propylene-diene polymer，EPDM)、丁苯橡膠(styrene butadiene rubber)、氟橡膠(fluorine rubber)、各種共聚物等。
填充物為抑制陰極膨脹的成分，並可選擇地使用。可使用但不限於不引起化學變化並具有纖維相(fiber phase)之材料。例如，可使用烯烴系聚合物，如聚乙烯、聚丙烯等；纖維相材料，例如，玻璃纖維、碳纖維等。
陽極結構
可藉由以陽極活性來塗佈陽極集電器、乾燥並壓模以製造陽極。視情況需要，可選擇地包含導電性材料、黏著劑、添充劑等。該陽極可形成為片形式並可安裝在輥上。
[陽極集電器]
通常製造厚度約3至500μ m的陽極集電器。關於陽極集電器，可使用不引起化學變化並具有導電性的材料。例如，可使用銅、不銹鋼、鋁、鎳、鈦、銀、鋁-鎘合金等。亦，為了增加該活性材料的黏著性，可形成微小壓花於該陽極集電器的表面上。該陽極集電器可具有各種形式，例如，薄膜、片、箔、網狀物、多孔體、發泡體、不織布等。
[陽極活性材料]
陽極活性材料可包含，例如，碳(如，非石磨化碳(non-graphitizable carbon)、石磨系碳(graphite-based carbon)) 等；金屬複合氧化物(如Lix Fe2 O3 (0x1),Lix WO2 (0x1),Snx Me1-x Me’y Oz (Me為Mn、Fe、Pb、Ge；Me’為Al、B、P、Si、在週期表中的1A族、2A族及3A族中的元素，鹵素；0<x1；1y3；1z8)等；鋰金屬；鋰合金；矽系合金；錫系合金；金屬氧化物(如，SnO、SnO2 、PbO、PbO2 、Pb2 O3 、Pb3 O4 、Sb2 O3 、Sb2 O4 、Sb2 O5 、GeO、GeO2 、Bi2 O3 、Bi2 O4 、Bi2 O5 等)；導電性聚合物(如，聚乙炔(polyacetylene)等)；Li-Co-Ni-系金屬等。
分隔膜結構
藉由壓力、或黏著在陰極或陽極的積層體(laminator)的熱及壓力，可熔化分隔膜(分隔膜片)。當從該積層體施加壓力時，該電極與該分隔膜(該分隔膜片)可產生一穩定界面接觸。(又，經由上述SRS塗佈，可分別地達成該接觸)。
該分隔膜(該分隔膜片)可具有絕緣性質。此外，該分隔膜可具有使離子移動之多孔結構。通常，該分隔膜可具有約0.01至10μm的孔徑。通常該分隔膜的厚度可為約5至300μm。該分隔膜可形成具有高離子傳輸(ion transmittance)、高機械強度極高絕緣性質的薄膜。例如，該分隔膜(該分隔膜片)可為烯烴系聚合物(如，耐化學性及疏水性聚丙烯等)；藉由使用玻璃纖維或聚乙烯等以形成片狀或不織布。
當使用固體電解質(如，聚合物)作為電解質時，該固體電解質亦可作為該分隔膜的功能。例如，可使用聚乙烯薄膜、聚丙烯薄膜、或由結合薄膜的多層薄膜、或用於聚合物電解質或膠型聚合物電解質(如，聚偏二氟乙烯 (polyvinylidene fluoride)、聚環氧乙烷(polyethylene oxide)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、或乙烯氟化物六氟丙烯共聚物(polyvinylidene fluoride hexafluoropropylene copolymer))之聚合物薄膜。
之後，將說明可適用根據本發明之電極組之電化學裝置。
可將本發明的該電極組應用於經由該陰極與陽極之電化學反應而產生電之電化學電池中。該電化學電池的典型範例包含一超級電容器(super capacitor)、一超高電容器(ultra capacitor)、一二次電池、一染料電池、一用於電解的設備、一電化學反應器等。根據本發明的該電極組可特別地及較佳地應用至該二次電池中(例如，鋰二次電池)。
鋰二次電池可用來作為中型及大型裝置以及小型裝置之電源。當使用該鋰二次電池作為中型及大型裝置的電源時，藉由使用本發明的該二次電池作為一單元電池，較佳地可形成一電池模組。可使用包含該電池模組的電池包作為動力工具(power tool)；選自由電動車(electric vehicle，EV)、混合動力汽車(hybrid electric vehicle，HEV)、插電式混合動力電動車(plug-in hybrid electric vehicle，PHEV)所組成之群組之電動車；電動腳踏車(E-bike)；電動機車(E-scooter)；電動高爾夫球車(electric golf cart)；電動卡車(electric truck)、電動商用車(electric commercial vehicle)等之電源。
雖然本發明已經顯示及描述於該些示例型實施例，在不悖離如隨附申請專利範圍所定義的本發明精神 及範疇下，對其進行修飾及變化，對本領域技術人員將是顯而易見的。
100a、100b‧‧‧電極堆疊部件
111‧‧‧第一電極
112‧‧‧分隔膜
113‧‧‧第二電極

Claims (21)

  1. 一種電極組，包括：一電極堆疊部件，係藉由堆疊複數個基本單元(radical unit)而獲得，該基本單元具有一第一電極、一分隔膜、一第二電極、及該分隔膜之一四層結構；以及一電極固定部件，用以捲繞並固定該電極堆疊部件；其中，該些基本單元係彼此重複堆疊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電極組，其中，該基本單元係藉由重複堆疊該四層結構而具有一八層結構。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電極組，其中，該基本單元包含一雙電池，其係藉由依序堆疊該第一電極、該分隔膜、該第二電極、該分隔膜及該第二電極而形成，並且一附加電池係從兩個該第一電極之中之一個該第一電極，藉由依序堆疊該分隔膜、該第二電極以及該分隔膜而形成。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之電極組，其中，該基本單元包含一雙電池，其係藉由依序堆疊該第一電極、該分隔膜、該第二電極、該分隔膜、及該第一電極而形成，一分隔膜係堆疊在兩個該第一電極之中之一個該第一電極上，且一附加電池，其係藉由從兩個該第一電極中之另一該第一電極上，依序堆疊該分隔膜及該第二電極。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電極組，其中，該基本單元係藉由將該電極與該分隔膜彼此黏著而形成。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電極組，其中，該電極與該分隔膜之黏著係為經由施加一壓力於該電極與該分隔膜 上而黏著，或經由施加一壓力及一熱於該電極與該分隔膜上而黏著。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電極組，其中，該分隔膜之表面塗佈具有黏著性之塗佈材料。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電極組，其中，該塗佈材料為一無機顆粒與一黏著劑聚合物之混合物。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之電極組，其中，該電極固定部件包含一上固定元件，係提供在該電極堆疊部件的上部位，以及一下固定元件，係提供在該電極堆疊部件下，該下固定元件與該上固定元件接觸，該下固定元件與該上固定元件緊密地黏著至該電極堆疊部件。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電極組，其中，藉由一超音波焊接(sonication welding)或一熱封(heat sealing)而將該下固定元件黏著至該上固定元件。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電極組，其中，該電極固定部件係藉由將該電極堆疊部件與具有一片形狀之一固定片捲繞而獲得。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之電極組，其中，該固定片的一未端與另一末端係藉由一超音波焊接或一熱封而彼此黏著，以捲繞該電極堆疊部件。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之電極組，其中，該電極固定部件具有一管道形狀，其係提供一第一開口、面對該第一開口之一第二開口、以及從該第一開口延伸至該第二開口之一內部空間，用以容納該電極堆疊部件。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電極組，其中，該電極固定部件係藉由熱收縮而黏著至該電極堆疊部件。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之電極組，其中，該電極固定部件係從該電極堆疊部件的上表面沿著該電極堆疊部件之一測表面而延伸至該電極堆疊部件的下表面，以固定該電極堆疊部件。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之電極組，其中，該電極固定部件係捲繞該電極堆疊部件至少圍繞一圈。
  17. 如申請專利範圍第1項所述之電極組，其中，該固定部件係藉由使用至少一不織布、PP、PE及PET而形成。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之電極組，其中，該電極固定部件係藉由使用具有1μ m以上的孔徑之該不織布而形成。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之電極組，其中，該電極固定部件係藉由使用至少一具有20至100μ m厚度之PP、PE及PET而形成。
  20. 如申請專利範圍第1項所述之電極組，其中，該電極堆疊部件更包含一分隔膜，其堆疊在位於一最外部位之第一電極上，並暴露至外部。
  21. 一種電化學電池，包括根據申請專利範圍第1至20項中任一項之電極組。
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