[發明專利]堆疊的電化學電池及其制備方法

有效

• 申請號: 01800203.X
• 申請日: 2001-02-08
• 公開（公告）號: CN1363121A
• 公開（公告）日: 2002-08-07
• 發明（設計）人: 李香穆;安諄昊;金璟俊;李在憲
• 申請（專利權）人: LG化學株式會社
• 主分類號: H01M10/38
• 分類號: H01M10/38
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 胡交宇

發明背景

(a)發明領域

本發明涉及電化學元件及其制備方法，特別是具有改良的能量密度的包括多層堆疊的電化學電池的電化學元件及其制備方法。

(b)相關技術描述

人們對能量儲藏技術的興趣越來越大。隨著近來將電載體加入到便攜式電話，便攜式攝像機和筆記本電腦中，蓄電池的應用領域已擴展至這一系列產品中。這種擴展導致對具有可觀輸出量的蓄電池的研究和開發工作的增加。在這方面，對電化學元件的研究是引起很多關注的領域之一，其中可再充電蓄電池是最令人感興趣的。最近的開發工作已轉入設計新的蓄電池和電極以提高容量和單位能。

在已經應用的二次蓄電池中，開發于1990年代的鋰離子蓄電池越來越普及，因為與使用水溶液電解質的Ni-MH，Ni-Cd和硫酸-鉛蓄電池相比，其具有更高的工作電壓和能量密度。但是，這些鋰離子蓄電池具有由于使用有機電解質而產生的安全問題，該有機電解質使蓄電池可燃和爆炸。還有，鋰離子具有難以制造加工的缺點。最近的鋰離子聚合物蓄電池克服了鋰離子蓄電池的這些缺點，并有望成為下一代蓄電池。但是，這些鋰離子聚合物蓄電池與鋰離子蓄電池相比，具有相當低的容量，并且在低溫下的具有特別不足的放電容量；因此需要對其加以改進。

蓄電池的容量與電極活性物質的量成比例。這樣，設計能夠在蓄電池包裝內的有限空間內填裝盡可能多的電極材料的電池結構將是特別重要的。最廣為人知并使用的電池結構類型是果醬卷形結構，用于圓柱形或棱柱形蓄電池。這樣的結構是采用如下方法制備的：將電極活性材料涂布并碾平到用作為集電器的金屬箔上，然后將其切割成具有預定寬度和長度的帶形，然后用隔離膜將陰極和陽極隔開，然后將其卷成螺旋形。這樣的果醬卷形結構廣泛用于制造圓柱形蓄電池。但是，該結構在螺旋的中心部分的曲率半徑較小，這經常造成在電極的彎曲的表面有很大的應力，從而經常引起電極的脫落。這促進了在蓄電池反復充電和放電過程中鋰金屬在電極中心部分的沉積，而這會縮短蓄電池的壽命，同時降低了蓄電池的安全性。

一般地，制造薄的棱柱形蓄電池的廣為所知和使用的方法，包括前述方法的將螺旋形果醬卷卷成橢圓形，并壓縮該橢圓形物，然后將其插入長方形容器內。該方法沒有克服前述的降低壽命和安全性的問題，反而具有由于橢圓形而造成的曲率半徑降低所引起的更嚴重的問題。而且性能降低問題更大，因為制造一種緊密的螺旋結構從本質上來說是不可能的。另外，果醬卷的橢圓形狀與容器的長方形的差異，降低了可利用的體積的比例。當將容器考慮在內時，已知這將降低約20％的重量能量密度和25％的體積能量密度。實際上，據報道棱柱形鋰離子蓄電池與圓柱形蓄電池相比，具有更低的容量密度和單位能。

最近，公開了各種專利和技術，這些專利和技術提出了解決螺旋形果醬卷型結構的問題的方法，并提供了適合于棱柱形容器的電池結構。然而，這些建議僅部分地解決了上述問題，或引起其它更難克服的問題，所以它們不是實用的解決方法。例如，U.S.P?No.5,552,239公開了一種方法，首先在陰極和陽極間放置并層壓隔離層或聚合物電解質，然后將其切割成具有預定長度和寬度的帶形，再然后逐漸將其折疊成正方形的具有陰極/隔離層/陽極層疊結構的電池。本發明的發明人嘗試重復該方法，但是發現，難以制造如此使用的電池。層壓的電池如此之僵硬，以至于難以折疊，并且在采用外力使其折疊時，在折疊區出現問題，因為該電池與果醬卷型電池類似，也是易碎的。

在U.S.P.?No.5,300,373中公開的扇形折疊方法中，在突然折疊部分的內層的壓力和應力被轉移至外層并分散，以至于發生扭曲和伸展，最終造成“狗骨架”(dog?bone)形電池。這樣，在果醬卷型結構中遇到的脫落，破裂，破碎，或折斷問題，仍經常發生。還有，采取這種結構的電池本質上容易折斷；因此，制造實際上可以使用的蓄電池的可能性是非常低的。

其間，U.S.P.No.5,498,489試圖解決和改善這類在折疊部分的問題。該專利通過在折疊部分省略電極，并通過僅使用集電器和隔離層或聚合物電解質部分進行連接，提供了一種避免電極脫落的基本方法。但是，在組成這樣一種電池時有困難。而且，使用了太多的集電器，并且該結構浪費了太多的電解質。因此，該結構不是非常實用的，因為其具有許多不足之處。

發明概述

本發明的一個目的是提供一種電化學元件及其制備方法，所述電化學元件包括多層堆疊的電化學電池，其中與現有技術相比，該元件容易制造，并且具有能有效利用可以獲得的空間的結構。

本發明的另一個目的是提供一種電化學元件及其制備方法，該元件可以使活性電極材料的含量達到最大，并且容易制造。