堆叠-折叠型电极组件和包括该堆叠-折叠型电极组件的锂金属电池制造技术

本发明专利技术涉及一种堆叠‑折叠型电极组件和包括该电极组件的锂金属电池。详细地，根据本发明专利技术的示例性实施方式，所述锂金属电池实现为堆叠‑折叠型，并且绝缘带分别贴附至折叠隔离膜的上侧和下侧，从而解决了在充电和放电过程中在负极表面上产生的锂枝晶和死锂暴露的缺陷。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】堆叠-折叠型电极组件和包括该堆叠-折叠型电极组件的锂金属电池
本申请要求于2018年8月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0094526号和于2019年8月2日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2019-0094560号的优先权和权益，通过引用将上述专利申请的整体内容结合在此。本专利技术涉及一种堆叠-折叠型电极组件和包括该堆叠-折叠型电极组件的锂金属电池。
技术介绍
锂金属电池对应于应用由锂金属(Li-metal)或锂合金(Li-alloy)材料制成的负极活性材料的电池，并且由于负极活性材料的特性，锂金属电池理论上可以具有非常高的能量容量，但是随着反复的充电和放电，锂枝晶在负极的表面上生长，并且电池的安全性降低。当根据通常已知的堆叠-折叠方案来获得锂金属电池时，在充电和放电过程中在负极的表面上生成的锂枝晶和死锂(Deadlithium)(可能不再参与充电和放电的锂)暴露在电极组件的上侧和下侧，并且可能会在电池的内部产生细微短路或完全短路。可能无法以任何形式进一步维持发生了短路的电池的寿命。
技术实现思路
[技术问题]本专利技术致力于提供一种堆叠-折叠型锂金属电池，在这种该锂金属电池中，通过将绝缘带贴附在折叠隔离膜的上侧和下侧防止了在负极表面上产生的锂枝晶和死锂在充电和放电过程中暴露出来。[技术方案]本专利技术的示例性实施方式提供一种堆叠-折叠型电极组件，所述电极组件包括：多个单元电池，所述单元电池包括锂金属负极、正极以及设置在锂金属负极与正极之间的隔离膜；和折叠隔离膜，所述折叠隔离膜连续地设置在彼此相邻的单元电池之间。然而，不同于通常已知的堆叠-折叠型电极组件，所述电极组件包括分别贴附至折叠隔离膜的上侧和下侧的绝缘带，并且所述电极组件具有其中绝缘带暴露在外部的配置。附图说明图1以俯视图示出了一般的堆叠-折叠型电极组件。图2a示出了在根据本专利技术的示例性实施方式的锂金属电池被堆叠-折叠之前，绝缘带分别贴附至折叠隔离膜的上侧和下侧。图2b示出了用于描述绝缘带的宽度的图2a的一部分的放大图。图3示出了在将绝缘带分别贴附至根据图2的折叠隔离膜的上侧和下侧之后的一个堆叠-折叠的侧面。图4示出了根据本专利技术的示例性实施方式和一个比较例的各个锂金属电池的电化学评估结果(详细地，图4a示出了充电容量评估结果，图4b示出了放电容量评估结果，图4c示出了在充电和放电暂停时间(30分钟)之后的OCV评估结果，并且在各个附图中，将比较例1表示为“参考(Ref.)”，并且将实施例1表示为“新试验(NewExp.)”。具体实施方式在本说明书中，除非有相反的明确描述，否则词语“包括”和诸如“包括”或“包含”之类的变体将被理解为意味着包括所述元素，而不排除任何其他元素。说明书中使用的“大约”和“基本上”是指与制造和材料中的特定允许误差相同或接近的值，并且还用于防止不道德的侵权者不合理地使用本公开内容，其中为了帮助理解本说明书而提及了精确或绝对数值。如整个本说明书中所使用的，“步骤至”或“……的步骤”并不意味着“用于……的步骤”。在本说明书中，马库什形式的表达中包括的术语“它们的组合”是指选自由马库什形式表示中所描述的配置组分构成的组中的一种或多种的混合物或组合，并且是指包括选自由所述配置组分构成的组中的一种或多种。现在基于以上定义详细地描述本专利技术的示例性实施方式。然而，这些实施方式仅作为示例呈现，并且本专利技术不限于此，而是仅由稍后描述的权利要求的范围限定。堆叠-折叠型电极组件根据示例性实施方式的电极组件是基于堆叠-折叠型电极组件，所述电极组件包括多个单元电池，所述多个单元电池分别包括：锂金属负极；正极；以及设置在锂金属负极和正极之间的隔离膜，并且所述电极组件包括折叠隔离膜，所述折叠隔离膜连续地设置在彼此相邻的单元电池之间。然而，不同于常规的堆叠-折叠型电极组件，根据示例性实施方式的电极组件包括贴附至折叠隔离膜的上侧和下侧的绝缘带，并且所述电极组件具有其中绝缘带暴露在外部的结构。如图1所示，当根据通常已知的堆叠-折叠方案来获得锂金属电池时，在充电和放电过程中在负极表面上生成的锂枝晶和死锂(Deadlithium)(可能不再参与充电和放电的锂)可能会暴露在电极组件的上侧和下侧。详细地，通过重复充电和放电而在负极表面上生长的锂枝晶在加压条件下沿水平方向生长或推出，并且分别暴露于上侧和下侧，即堆叠-折叠型电极组件的接触正极或正极集电器的开口部分，从而导致在电池中发生细微短路或完全短路。因此，已经指出，可能无法以任何形式维持发生了短路的电池的寿命。相反，在本专利技术的示例性实施方式中，如图2A所示，堆叠-折叠型电极组件通过以下方式获得：将绝缘带贴附至折叠隔离膜的上侧和下侧，将多个单元电池堆叠在折叠隔离膜上，并将它们折叠。详细地，根据本专利技术的示例性实施方式的堆叠-折叠型电极组件是堆叠-折叠型电极组件，并且包括：多个单元电池；以及折叠隔离膜，所述折叠隔离膜包括在单元电池中并且连续地设置在相邻的单元电池之间。具体地，单元电池分别包括锂金属负极和正极，绝缘带分别贴附至折叠隔离膜的上侧和下侧，并且分别贴附至折叠隔离膜的上侧和下侧的绝缘带设置在电极组件的上侧和下侧。换句话说，分别贴附至折叠隔离膜的上侧和下侧的绝缘带设置在作为堆叠-折叠型电极组件的开口部分的上侧和下侧，如图3所示。上述获得的堆叠-折叠型电极组件可以通过抑制在充电和放电过程中在负极表面上生成的锂枝晶和死锂的暴露来提高电池的寿命。通过将单元电池交替地结合至折叠隔离膜的一侧的第一侧或结合至其第一和第二侧，使折叠隔离膜弯曲或将其卷绕，可以将单元电池实现为堆叠-折叠型电极组件。通常，将单元电池分为单电池(mono-cell)和双电池(bi-cell)，并且单电池表示其中各个端部的电极堆叠以形成正极和负极这样的结构，诸如正极/隔离膜/负极、或正极/隔离膜/负极/隔离膜/正极/隔离膜/负极。相反，双电池表示其中各个端部的电极堆叠以形成相同的电极这样的结构，并且双电池分为由正极/隔离膜/负极/隔离膜/正极形成的负极型双电池、和由负极/隔离膜/正极/隔离膜/负极形成的正极型双电池。在根据本专利技术的示例性实施方式的堆叠-折叠型电极组件中，如图2A所示，单元电池可以是包括两个正极或两个锂金属负极的双电池(bi-cell)。与单电池(mono-cell)相比，将单元电池分别实现为双电池可以提高电池容量，但示例性实施方式不限于此。此外，当在驱动包括根据示例性实施方式的堆叠-折叠型电极组件的电池的同时在锂金属负极的表面上生长锂枝晶时，需要抑制锂枝晶突出到电极组件外部。为此，绝缘带的宽度可形成为等于锂金属负极的垂直长度与折叠隔离膜的垂直长度之间的间隙(gap)。在此，通过参照作为图2A的一部分的放大部分的图2B可以理解“绝缘带的宽度”的概念。当将绝缘带分别本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种堆叠-折叠型电极组件，包括：/n多个单元电池，所述单元电池包括锂金属负极、正极以及设置在所述锂金属负极与所述正极之间的隔离膜；/n折叠隔离膜，所述折叠隔离膜连续地设置在彼此相邻的单元电池之间；和/n绝缘带，所述绝缘带分别贴附至所述折叠隔离膜的上侧和下侧，/n其中所述绝缘带暴露在外部。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180813 KR 10-2018-0094526;20190802 KR 10-2019-001.一种堆叠-折叠型电极组件，包括：
多个单元电池，所述单元电池包括锂金属负极、正极以及设置在所述锂金属负极与所述正极之间的隔离膜；
折叠隔离膜，所述折叠隔离膜连续地设置在彼此相邻的单元电池之间；和
绝缘带，所述绝缘带分别贴附至所述折叠隔离膜的上侧和下侧，
其中所述绝缘带暴露在外部。


2.根据权利要求1所述的堆叠-折叠型电极组件，其中
所述单元电池是双电池，所述双电池分别包括
两个所述正极或两个所述锂金属负极。


3.根据权利要求1所述的堆叠-折叠型电极组件，其中
所述绝缘带的宽度等于所述锂金属负极的垂直长度与所述折叠隔离膜的垂直长度之间的间隙(gap)。


4.根据权利要求1所述的堆叠-折叠型电极组件，其中
所述绝缘带与所述锂金属负极的厚度比为0.1至...

【专利技术属性】
技术研发人员：全映真，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR