线缆型二次电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供具有预定形状的水平横截面且在纵向上延伸的线缆型二次电池，其包含：中空芯部，其具有注入其中的凝胶聚合物电解质；内电极，其包含围绕所述中空芯部的外表面的内集电器和在所述内集电器的表面上形成的内电极活性材料层；隔离层，其围绕所述内电极的外表面；外电极，其包含围绕所述隔离层的外表面的外电极活性材料层和围绕所述外电极活性材料层的外表面的外集电器；和保护涂层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】线缆型二次电池及其制备方法
本专利技术涉及线缆型二次电池及其制备方法，且更特别地涉及包含其中注入凝胶聚合物电解质的中空芯部的可自由变形的线缆型二次电池及制备所述线缆型二次电池的方法。
技术介绍
在电化学装置之中通常已知的二次电池为通过将外部电能转化成化学能形式而储存外部电能且随后在需要时发电的装置。二次电池被称作“可充电电池”，是指其能够多次再充电，并且与使用一次就废弃的一次电池相比，其提供经济优势和环境优势。作为二次电池，已知铅酸电池、镍-镉(NiCd)电池、镍金属氢化物(NiMH)电池、锂(Li)离子电池和Li离子聚合物电池。随着无线通信技术的逐渐发展，已经需要便携式装置如笔记本和移动电话或者汽车部件中的重量减轻。结果，对于作为这些装置的能源使用的二次电池的需求增加。二次电池通过将由负极、正极和隔膜组成的电极组件置于圆柱形或棱柱形金属罐或者由铝层压片形成的袋型壳中，随后向其中注入电解质来制备。因为二次电池主要以圆柱型、棱柱型或袋型结构形成，所以本质上需要用于安装这些二次电池的预定空间。因此，便携式装置的开发可能受到限制。近来，已经需要可容易地变形的新型二次电池，且为了满足该需求，已经提出了其中长度对横截面直径的比率非常大的线性电池如线缆型电池。具体地，线缆型二次电池由具有预定形状水平横截面且在纵向上延伸的内电极、在该内电极的外表面上形成且充当离子通道的电解质层、通过围绕该内电极和该电解质层而形成的外电极以及绕该外电极布置的保护涂层构成。因为线缆型二次电池具有柔性以及线性结构，所以线缆型二次电池可以自由变形。另外，因为在管型外电极中包含多个内电极，所以线缆型二次电池可以具有高电池倍率。另外，因为内电极和外电极之间的电容平衡可以通过调节内电极的数目而容易地控制并且在内电极中形成电解质层，所以可以防止电极之间的短路。然而，因为在线缆型二次电池中主要使用液态的电解质，所以不仅有机溶剂的挥发可能性可能很高，而且也可能发生由于环境温度和电池本身温度的增加而引起的燃烧和电解液渗漏。因此，电池的稳定性可能差。在将聚合物电解质用作电解液以改善上述限制的情况下，电解质可能难以流入电极活性材料中，因此电池的电阻可能增加且容量特性和周期特性可能劣化。因此，迫切需要开发其中注入有电解质的新型构造的线缆型二次电池，其可以通过防止典型电解质的渗漏且在电极和电解质之间形成稳定的界面而改善电池性能。
技术实现思路
技术问题本专利技术提供可自由变形的线缆型二次电池，其通过经由包含其中注入有凝胶聚合物电解质的中空芯部防止电解液渗漏而具有改善的电池稳定性。本专利技术还提供制备所述线缆型二次电池的方法。技术方案根据本专利技术的一方面，提供具有预定形状的水平横截面且在纵向上延伸的线缆型二次电池，包含：中空芯部，其具有注入其中的凝胶聚合物电解质；内电极，其包含围绕所述中空芯部的外表面的开放结构的内集电器和在所述内集电器的表面上形成的内电极活性材料层；隔离层，其围绕所述内电极的外表面；外电极，其包含围绕所述隔离层的外表面的外电极活性材料层和围绕所述外电极活性材料层的外表面的外集电器；和保护涂层。有利效果根据本专利技术，因为包含具有注入其中的凝胶聚合物电解质的中空芯部，所以不仅可以防止电解质渗漏，而且可以在电极和电解质之间形成稳定的界面。因此，可以制备具有稳定性和高性能特性的线缆型二次电池。附图说明本说明书所附的以下图通过实例示出了本专利技术的优选实例，并与下文给出的本专利技术的详细描述一起用于使得能够进一步理解本专利技术的技术理念，因此，不应仅用这些图中的内容对本专利技术进行解释。图1和图2为示出根据本专利技术的实施方式制备的线缆型二次电池的横截面图；图3为示出根据本专利技术的实验例1的电化学稳定性的测量结果的图；及图4A和图4B为示出根据本专利技术的实验例2的电化学稳定性的测量结果的图。具体实施方式具体地，根据本专利技术的一个实施方式，注入所述中空芯部中的凝胶聚合物电解质可以包含含有离子盐和交联聚合物的有机电解液。在这种情况下，在所述有机电解液中包含的离子盐可以为选自以下的一种或多种锂盐：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂和四苯基硼酸锂。另外，所述有机电解液的实例可以是选自以下的一种或多种有机电解液：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、甲酸甲酯(MF)、γ-丁内酯(γ-BL)、环丁砜、乙酸甲酯(MA)和丙酸甲酯(MP)。另外，所述交联聚合物可以包含具有两个以上官能团的单体、或者通过具有两个以上官能团的单体与具有一个官能团的极性单体在热引发剂的存在下的聚合反应获得的(共)聚合物。在这种情况下，所述热引发剂可以包含过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈(AIBN)。基于上述单体的总重量，所述热引发剂可以以约3重量%以下的量包含，且例如可以以约0.5重量%～约3重量%的量包含。另外，所述具有两个以上官能团的单体可以包含选自以下的一种或多种单体：乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、聚酯二甲基丙烯酸酯、二乙烯基醚、三羟甲基丙烷、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯。另外，所述具有一个官能团的极性单体可以包含选自以下的一种或多种单体：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙二醇甲基醚丙烯酸酯、乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯、氯乙烯和氟乙烯。基于所述有机电解液的总重量，可以以约2重量%～约5重量%的量包含所述交联聚合物。在所述交联聚合物的量小于2重量%的情况下，因为可能不能形成凝胶型电解质，所以电解质可能不能保持其形式并且可能流动。在所述交联聚合物的量大于5重量%的情况下，所述凝胶电解质的离子导电率可能因该聚合物的量大而减小。关于在线缆型二次电池中使用的典型聚合物电解质，因为即使满足离子导电率，锂离子的反应速率也很低，所以电池性能的实现可能受到抑制。另外，因为所述电解质本身的流动性可能不足，所以所述电解质可能难以通过注入到电池中的中空芯部中而引入。相比之下，在使用本专利技术的凝胶聚合物电解质的情况下，在交联反应之前凝胶聚合物电解质组分的流动性是优异的。因此，所述凝胶聚合物电解质组分不仅可以通过注入到电池中的中空芯部中以在内电极、隔离层和外电极上均匀地分布所述电解质而引入，而且因为电池中的锂离子可以容易地移动，所以可以降低电池电阻并且可以改善电池寿命特性和倍率特性。另外，根据本专利技术的一个实施方式，在开放结构中形成所述线缆型二次电池的内集电器，其中所述开放结构的一部分开放而有助于注入到中空芯部中的电解质的渗透。具体地，可以使用任何集电器作为内集电器，只要其具有开放结构即可，其中开放部分充当界面且材料可以通过所述界面从内部自由地移动到外部。例如，所述内集电器可以具有选自卷绕线型集电器和网眼型集电器的一种或多种混合结构。在这种情况下，内集电器可以用于收集由活性材料的电化学反应产生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种线缆型二次电池，具有水平横截面且在纵向上延伸，所述线缆型二次电池包含：中空芯部，其具有注入其中的凝胶聚合物电解质；内电极，其包含围绕所述中空芯部的外表面的开放结构的内集电器和在所述内集电器的表面上形成的内电极活性材料层；隔离层，其围绕所述内电极的外表面；外电极，其包含围绕所述隔离层的外表面的外电极活性材料层和围绕所述外电极活性材料层的外表面的外集电器；和保护涂层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.21 KR 10-2012-01511071.一种线缆型二次电池，具有水平横截面且在纵向上延伸，所述线缆型二次电池包含：中空芯部，其具有注入其中的凝胶聚合物电解质；内电极，其包含围绕所述中空芯部的外表面的开放结构的内集电器和在所述内集电器的表面上形成的内电极活性材料层；隔离层，其围绕所述内电极的外表面；外电极，其包含围绕所述隔离层的外表面的外电极活性材料层和围绕所述外电极活性材料层的外表面的外集电器；和保护涂层，其中注入所述中空芯部中的所述凝胶聚合物电解质包含含有离子盐和交联聚合物的有机电解液。2.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，其中所述离子盐包含选自以下的一种或多种锂盐：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂和四苯基硼酸锂。3.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，其中所述有机电解液包含选自以下的一种或多种有机溶剂：碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、γ-丁内酯、环丁砜、乙酸甲酯和丙酸甲酯。4.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，其中所述交联聚合物包含具有两个以上官能团的单体、或者通过具有两个以上官能团的单体与具有一个官能团的极性单体在热引发剂的存在下的聚合反应获得的共聚物。5.根据权利要求4所述的线缆型二次电池，其中所述热引发剂包含过氧化苯甲酰或偶氮二异丁腈(AIBN)。6.根据权利要求4所述的线缆型二次电池，其中所述具有两个以上官能团的单体包含选自以下的一种或多种单体：乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、聚酯二甲基丙烯酸酯、二乙烯基醚、三羟甲基丙烷、三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和乙氧基化双酚A二甲基丙烯酸酯。7.根据权利要求4所述的线缆型二次电池，其中所述具有一个官能团的极性单体包含选自以下的一种或多种单体：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙二醇甲基醚丙烯酸酯、乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯、氯乙烯和氟乙烯。8.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，其中，基于所述有机电解液的总重量，以2重量％～5重量％的量包含所述交联聚合物。9.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，其中所述内集电器具有选自卷绕线型集电器和网眼型集电器的一种或多种混合结构。10.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，其中所述内集电器选自不锈钢、铝、镍、钛、烧结碳或铜；用碳、镍、钛或银进行了表面处理的不锈钢；铝-镉合金；用导电剂进行了表面处理的不导电聚合物；或导电聚合物。11.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，其中所述内电极为负极或正极，且所述外电极为正极或负极，其与所述内电极相对应。12.根据权利要求11所述的线缆型二次电池，其中，在所述内电极为负极的情况下，所述内电极活性材料层包含选自以下的一个或多个负极活性材料层：碳质材料；含锂的钛复合氧化物(LTO)；金属(Me)，包括硅(Si)、锡(Sn)、锂(Li)、锌(Zn)、镁(Mg)、镉(Cd)、铈(Ce)、镍(Ni)或铁(Fe)；由所述金属(Me)形成的合金；所述金属(Me)的氧化物；和所述金属(Me)与碳的复合材料。13.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，其中所述隔离层为隔膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：权友涵，金帝映，郑惠兰，李相英，崔根湖，吉恩惠，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR