具有不同加载量的活性材料层的凝胶卷制造技术

本发明专利技术公开了一种阴极／分隔板／阳极结构的凝胶卷型电极组件（“凝胶卷”），其中所述凝胶卷被构造为这样的结构，在该结构中，每个电极具有在板型集电器的相对的主表面上形成的活性材料层，在卷绕每个板时构成该每个板的内表面的内部活性材料层的活性材料的加载量小于在卷绕每个板时构成该每个板的外表面的外部活性材料层的活性材料的加载量，并且内部活性材料层的活性材料的加载量从每个卷绕板的中心区域到该每个卷绕板的最外面区域逐渐增加。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种包含具有不同加载量的活性材料的活性材料层的 凝胶巻，并且更具体而言，涉及一种阴极/分隔板/阳极结构的凝胶巻 型电极组件("凝胶巻，，)，其中所述凝胶巻被构造为如下结构，在 该结构中，每个电极具有在板型集电器的相对的主表面上形成的活性 材料层，在巻绕每个板时构成该每个板的内表面的内部活性材料层的 活性材料的加载量，小于在巻绕每个板时构成该每个板的外表面的外 部活性材料层的活性材料的加载量，并且内部活性材料层的活性材料 的加载量从每个巻绕板的中心区域到该每个巻绕板的最外面区域逐渐 增加。
技术介绍
随着移动设备的日益发展，以及对于这些移动设备的需求增加， 对于作为移动设备的能量来源的电池的需求也急剧增加。此外，对于 满足各种需求的二次电池已经进行了许多研究。二次电池被构造为这样的结构，在该结构中阴极/分隔板/阳极结 构的可充电和可放电电极组件被安装在一电池壳内。所述电极组件的 一个典型实例是凝胶巻型电极组件。通过以下方法制造凝胶巻型组件(或者"凝胶巻")将电极活性 材料施加、干燥并压制至金属板的相对的主表面，所述金属板被用作 集电器；将该金属板切割成具有预定宽度和长度的带状；并且巻绕该 金属板，用作阳极和阴极，同时以螺旋形状将一分隔板布置在该阳极 和阴极之间。然而，在凝胶巻的制造过程中，内部板的曲率半径在凝胶巻的中 心区域较小，导致施加到凝胶巻的内部表面侧的活性材料被压缩，从 而，在板的巻绕过程中，活性材料结块或者活性材料的密度极大地增 加。由于活性材料的不均勻分布，导致每个集电器的内部和外部的活 性材料具有不同的电化学反应量，从而出现凝胶巻扭曲，这减少了电池的使用寿命。在作为二次电池的一个典型实例的锂二次电池中，在二次电池的 反复充电和放电过程中， 一些包含锂盐的电解质通过副反应被分解， 导致电解质的数量逐渐减少。例如，当电池以大约4. 5V或者更大的电压被过充电时，阴极活性 材料被分解，锂金属在阳极以枝状晶体的形状生长，并且电解质被分 解。此时，产生热量，从而使上述分解过程和诸多副反应迅速进行， 导致电解质被消耗。在电化学反应更加活跃处的凝胶巻的内侧活性材 料层处，这种现象加速得更快。而且，电解质在凝胶巻的外侧区域和 内侧区域处的不均匀消耗，导致凝胶巻扭曲。与此相关，韩国专利申请公开文本No. 2004 - 089519 />开了一种 这样的技术，该技术用于将在凝胶巻的阳极板内侧形成的活性材料层 与在凝胶巻的阳极板外侧形成的活性材料层的容量比保持为0. 6 ~ 0.8,以防止集电器被切断和折皱。根据所公开的技术，在凝胶巻的曲 率半径小的中心区域处，该巻绕的凝胶巻的内表面上的活性材料数量 小于其最外面区域处的活性材料数量，从而，可容易地巻绕板，并且 防止折皱的效果卓越。然而，本专利技术的专利技术人已发现，由于曲率半径随着达到凝胶巻的 最外面区域处而增加，通过活性材料层之间的容量比所获得的容易巻 绕和防止了折皱的效果被降低；而且，由于巻绕型凝胶巻的外表面和 内表面处的活性材料层的不平衡，降低了电池容量，缩短了电池的使 用寿命。因此，非常需要一种能够从根本上解决上述问题的技术。
技术实现思路
因此，为解决上述问题以及其他尚待解决的技术问题，做出了本 专利技术。作为为了解决上述问题的广泛深入研究和实验的结果，本专利技术的 专利技术人发现，当凝胶巻被改进为一种在下文中被详细描述的结构—— 凝胶巻具有将根据具体状况而具有不同活性材料加栽量的活性材料层 的结构时，电池壳内的电解质被均匀地消耗，这进而防止发生凝胶巻扭曲，并且均匀地保持集电器外側的区域和集电器内侧的区域之间的 活性材料的加载量之比，从而极大地提高了电池的容量和使用寿命。 本专利技术即基于这些发现被完成。根据本专利技术的一方面，可通过提供一种这样的阴极/分隔板/阳极 结构的凝胶巻型电极组件("凝胶巻")来实现上述和其他目标，其中所述凝胶巻被构造为如下结构在该结构中每个电极具有在板型集 电器的相对的主表面上形成的活性材料层，在巻绕每个板时构成该每 个板的内表面的内部活性材料层的活性材料的加载量，小于在巻绕每量，并且内部活性材料层的活性材料的加载量从每个巻绕板的中心区 域到该每个巻绕板的最外面区域逐渐增加。具体而言，在根据本专利技术的凝胶巻中，活性材料层形成在板型集 电器的相对的主表面上，使得凝胶巻的内部活性材料层的活性材料的 加载量小于凝胶巻的外部活性材料层的活性材料的加栽量，从而防止 由于施加至在曲率半径小的凝胶巻的中心区域处的内部活性材料层的 压力而引起的内部活性材料层的结块或者活性材料层的密度增加。而且，曲率半径随着达到凝胶巻的最外面区域而增加，导致其中 压力或密度增加的上述现象逐渐减少。在其中内部活性材料层的活性 材料的加载量从中心区域到最外面区域逐渐增加的结构中，如上所述， 可容易地巻绕板，并且可均勻地保持外部区域和内部区域之间的活性 材料的加栽量之比，从而极大地提高了电池的容量和使用寿命。此外，在电化学反应更加活跃处的内部活性材料层的活性材料的 加载量相对较小，导致电解质由于内部活性材料层和外部活性材料层 之间的均勻电化学反应而被大致相等地消耗，从而防止发生凝胶巻扭 曲。在本专利技术中，术语"内部"表示朝向集电器的具有在其相对的主 表面上形成的活性材料层的中心区域的侧面；术语"外部"表示朝向集电器的具有在其相对的主表面上形成的活性材料层的最外面区域的 側面。此外，术语"中心区域"表示在集电器的巻绕开始处的一端， 即，巻绕的集电器的中心；术语"最外面区域"表示在集电器的巻绕 结束处的一端，即，巻绕的集电器的外周边。6因此，根据本专利技术，内部活性材料层的活性材料的加栽量小于外 部活性材料层的活性材料的加载量，并且外部活性材料层的活性材料 的加载量是均匀的，而内部活性材料层的活性材料的加载量从中心区 域到最外面区域逐渐增加。然而，在活性材料的加载量最大的巻绕末 端处，内部活性材料层的活性材料的加载量仍小于外部活性材料层的 活性材料的加载量。在一优选实施方案中，内部活性材料层和外部活性材料层具有相 同密度，并且内部活性材料层和外部活性材料层之间的活性材料的加 载量的差异是基于该内部活性材料层和外部活性材料层之间的厚度差 异来确定的。这是因为，当内部活性材料层和外部活性材料层具有不 同密度时，制造过程复杂，并且在巻绕过程中，应力会集中于具有相 对高密度的活性材料层上。内部活性材料层的活性材料的加载量可在外部活性材料层的活性材料的加载量的40~95%的范围内。这是因为，如果内部活性材料层 的活性材料的加栽量太小，电化学反应就极大减少，另一方面，如果 内部活性材料层的活性材料的加载量太大，根据本专利技术所实现的效果 就变得没有意义。更优选地，内部活性材料层的活性材料的加载量为 在外部活性材料层的活性材料的加栽量的50 ~ 85 %的范围内。此外，内部活性材料层的活性材料的加载量可从每个巻绕板的中 心区域到该每个巻绕板的最外面区域增加，使得在每个板的内部末端 处的内部活性材料层的活性材料的加栽量为在每个板的外部末端处的 内部活性材料层的活性材料的加载量的30~80%。如果在每个板的内 部末端处的内部活性材料层的活性材料的加载量太小的话，则电化学 反应就极大减少，另一方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阴极／分隔板／阳极结构的凝胶卷型电极组件（“凝胶卷”），其中所述凝胶卷被构造为这样的结构，在该结构中，每个电极具有在板型集电器的相对的主表面上形成的活性材料层，在卷绕每个板时构成该每个板的内表面的内部活性材料层的活性材料的加载量小于在卷绕每个板时构成该每个板的外表面的外部活性材料层的活性材料的加载量，并且内部活性材料层的活性材料的加载量从每个卷绕板的中心区域到该每个卷绕板的最外面区域逐渐增加。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金钟僖，金东明，尹贤国，金容呈，成周桓，秋承佑，尹星弼，李道炫，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[]