專利名稱：具有交替隔離器系統(tǒng)的電化學裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電化學裝置，通過一種以規(guī)則間距交替堆疊的隔離器 構件的結構而具有改善的穩(wěn)定性，其中由于單元電池的隔離器與設置 于單元電池之間的隔離膜二者的熱收縮率的不同，而使得隔離器構件 呈現(xiàn)出不同的熱性能。
背景技術：
近年來，隨著對能源儲存技術引起的重視增加，用于研究和研制 能夠實施這種技術的電池的努力和嘗試越來越多地進行。在這方面， 電化學裝置的領域受到了很大的關注，特別是，大量關注集中于可充 電式二次電池的研制。二次電池為一種利用發(fā)生在電極與電解質之間的電化學反應的電 池，其中電化學反應在插入陰極與陽極到電解質中，并且連接陰極與 陽極時發(fā)生。不像傳統(tǒng)的一次電池，二次電池為可充電電池，其通過 使用電池充電器，將所消耗的能量重新充電到電氣/電子產品中而具有 重復使用能力，且因此二次電池在無線電/電子產品方面具有快速的成 長。根據所使用的陰極、陽極與電解質材料的種類，二次電池可以分類成鎳鎘(Ni-Cd)電池、鎳氫(Ni-H2)電池、鋰離子電池及鋰聚合物 電池，并且還可以根據電池的型態(tài)而分成圓柱形電池、正方形電池及 口袋形的電池。在二次電池中所使用的材料(例如陰極/陽極活性材料、結合劑、電解質及電流收集器)在正常操作條件之下在電化學性上是安全的，例如操作電壓在2.5到4.3V，操作溫度在-20'C至IO(TC，且在陰極與 陽極之間為電絕緣狀態(tài)。但是，當電池因為內部或外部因素而受到過 度充電、加熱或是短路時，電池的結構部件會有異常的化學反應，因 此造成電池的內部溫度升高及氣體的產生。而由此產生的氣體會造成 二次電池的內部壓力增加，這進一步加速電池溫度的升高與氣體的產 生，結果造成電池爆炸或是著火。因此，在二次電池的研制當中所應當考慮的一個必要需要是確保 電池的安全性。當嘗試要確保電池的安全性時，可以考慮有一種方法為在電池外部設置安全元件，還有一種方法是使用電池內部的材料。 第一種方法牽涉到使用了利用溫度變化的、諸如正溫度系數(shù)(PTC)裝置的元件，利用電壓變化的保護電路，以及利用電池的內部壓力改變 的安全排氣口，而第二種方法牽涉到采用了可以經受物理、化學或電 化學變化的材料，以響應電池內部溫度或電壓的變化，或者是通過熔 化隔離器來阻隔離子傳送。對于第二種方法的特定范例，可提到的方 法有使用隔離器本身的關閉功能的方法，涉及加入添加劑到電解質的 方法，使用涂布電鍍材料于電極成分材料、電極或隔離器上的方法等 等。這些加入的材料可以設計成表現(xiàn)出敏感及快速的響應電池內部溫 度或電壓的變化。置于電池外部的安全元件通過利用溫度、電壓或電池內部壓力的 變化而實現(xiàn)它們的功能，且因此確保了精確的關閉，但是會有高成本 的缺點。另一方面，通過加入所想要的添加劑材料在電池內部中而改善安全性的方法，其優(yōu)點在于由于電池內部包含添加劑材料，因此 安裝既簡單又方便，但其問題在于無法確?？煽康陌踩?，且因此 不能夠單獨使用作為提供電池安全性的措施。作為一種嘗試，在高溫之下經由隔離器的變化而實現(xiàn)電池安全性， 日本專利公開編號1996-153542及2003-243037揭示了一種具提高安全性的鋰離子電池，其中陰極與陽極的結構是這樣的，即使得兩個電極 彼此相對布置，且具有相對低熔點的隔離器置于二者之間，在未施加 電極活性材料到陰極與陽極的至少一部分的情況之下，當電池內部溫 度升高時，通過主要熔化隔離器，陰極與陽極產生短路。但是，具有 這種特定電極結構的電池的制造的缺點在于例如生產率較低，隔離 器甚至會在電池可接受的操作溫度之下熔化，造成電池失效，而且由 于熔化的隔離器粘結在電極上，造成難以引起想要的短路，因此限制 了電池安全性的實現(xiàn)。因此，在現(xiàn)有技術中，對于開發(fā)更有效率的技術仍有緊迫的需求， 這種技術能夠經由使用隔離器而確保電池安全性。同時，由于體積小，因此電化學裝置具有一種連續(xù)的并且多個堆 疊的結構，其由以下構成施加了陰極活性材料的陰極板，多孔性隔 離器，可讓電解質流過，以及施加有陽極活性材料的陽極板等，并且 可滿足電子產品小型化日益需求的趨勢。這種堆疊式電化學裝置的優(yōu)選范例，韓國專利公開號2001-82059與2001-82060，其轉讓給了本申 請人，其揭示了一種堆疊并包住的電化學裝置。根據這些現(xiàn)有技術， 堆疊并包住的電化學裝置的結構包括由雙極性電池或全極性電池構成 的多個堆疊的單元電池，以及介于每個堆疊的單元電池之間的多孔性 隔離膜，其中多孔性隔離膜具有單元長度，單元長度被確定用來纏繞 各單元電池，并且隔離膜每個單元長度均向內折疊，從而自中央單元 電池開始到最外側單元電池連續(xù)地纏繞每個單元電池，或者是其中多 孔性隔離膜具有單元長度，單元長度被確定用來纏繞各單元電池，并 且隔離膜每個單元長度均向外折疊，從而以Z形連續(xù)地自第一位置的單元電池開始到最后位置的單元電池包住每個單元電池，同時其余的 隔離膜纏繞堆疊的電池之外側部分。這種堆疊并包住的電化學裝置可以簡易地制造出來，其結構能夠 提供有效率的使用空間，并且可最大化電極活性材料的含量，從而可以實現(xiàn)一種具高度整合性的電池。在這種堆疊并包住的電化學裝置中，隔離器為單元電池構成元件 中的一個，而隔離膜以一種特別方式插置入單元電池之間，如之前所 述，它們在高溫之下，通過熱性能而實現(xiàn)它們的關閉功能。但是，在 堆疊式電化學電池中，隔離器在處于高溫之下實現(xiàn)其所期望的關閉功 能之前，有可能由于隔離器本身的收縮而造成短路。此外，經由單軸 定向或雙軸定向制作出的多孔性隔離器或隔離膜由于隔離器或隔離膜 的收縮而造成較高的可能性會短路。發(fā)明內容因此，做出了本發(fā)明，用于解決上述問題，以及其它尚未解決的 技術問題。因此，開展了的各種廣泛的及透徹的研究與實驗，用來解決上述 的問題，結果，本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)到的事實(在以下說明)為 在制造堆疊并包住的電化學裝置時，其中電化學裝置包含由全極性電 池或雙極性電池構成的多個堆疊的單元電池，以及插入堆疊的單元電 池之間的隔離膜，并且允許隔離膜纏繞每個單元電池，當在單元電池 當中的隔離器由基本上不會熱收縮的多孔性材料所形成，并且插入堆 疊的單元電池之間的隔離膜由具有相對較高熱收縮率的多孔性材料所 形成時，可以防止在高溫之下由于隔離器的熱收縮而造成的短路，而 同時可以通過隔離膜的關閉作用而改善電池的安全性。本發(fā)明基于這 些發(fā)現(xiàn)而完成。


本發(fā)明的上述及其它目的、特征與其它優(yōu)點將從參考結合以下附 圖的詳細的說明當中更清楚地了解，其中圖1為根據本發(fā)明具體實施例的堆疊并包住的電化學裝置的示意 圖；以及圖2為根據本發(fā)明另一具體實施例的堆疊并包住的電化學裝置的 示意圖。
具體實施方式
根據本發(fā)明的一個方面，上述與其它的目的可由提供一種堆疊并 包住的電化學裝置來實現(xiàn)，這種裝置包含由全極性電池或雙極性電池 構成的多個堆疊單元電池，以及插入在其間的并且將其纏繞的隔離膜， 其中單元電池的隔離器由具有低熱收縮率的多孔性材料所形成，而隔 離膜由具有相對較高熱收縮率的多孔性材料所形成。由于包含低熱收縮的隔離器在單元電池中，因此根據本發(fā)明的電 化學裝置可以防止甚至是在高溫之下由于隔離器的熱收縮而造成的短 路，亦即由于隔離器的熱收縮，彼此相對布置的陰極與陽極與介于其 間的隔離器互相接觸而造成的短路。此外，根據本發(fā)明的電化學裝置 的高溫關閉作用可以由插入在堆疊單元電池之間的隔離膜來實現(xiàn)。因 此，即使當電化學裝置的溫度突然升高時，通過在所設定的溫度之下 經由隔離膜的作用，穩(wěn)定地阻隔電解質的遷移，也可以防止電池的爆 炸或著火。在此所使用的全極性電池指的是這樣一種電極組件，其中位于組 件兩端處的電極被堆疊，從而分別形成陰極與陽極，如陰極/隔離器/陽 極的結構，或者是陰極/隔離器/陽極/隔離器/陰極/隔離器/陽極的結構。另一方面，雙極性電池指的是這樣一種電極組件，其中位于組件 兩端處的電極被堆疊，形成具有相同極性的相同電極，并且這種組件 可分類為包括陰極/隔離器/陽極/隔離器/陰極的陰極型雙極性電池，以 及包括陽極/隔離器/陰極/隔離器/陽極的陽極型雙極性電池。做為具有上述結構的堆疊并包住的電化學裝置的范例，可參見韓國專利公開號2001-82059及2001-82060中揭示的電化學裝置，這兩個 專利轉讓給了本申請人。圖1與圖2的示意圖顯示出可以應用到本發(fā)明的電化學裝置的結構。首先，請參見圖1，電化學裝置100的結構包括全極性電池或雙 極性電池構成的多個堆疊的單元電池200，以及插入每個堆疊的單元電池之間的多孔性隔離膜300，其中多孔性隔離膜300具有單元長度，其 被確定用來纏繞單元電池200，并且隔離膜每個單元長度都向內折疊， 以自中央單元電池200開始到最外側單元電池200連續(xù)地纏繞每個單 元電池200，以及膠帶400，其被聯(lián)接于隔離膜300的最外端。請參見圖2，電化學裝置110的結構包括全極性電池或雙極性電 池構成的多個堆疊的單元電池200，以及插入每個堆疊單元電池之間的 多孔性隔離膜300，其中多孔性隔離膜300具有單元長度，單元長度被 確定用來纏繞單元電池200，并且隔離膜每個單元長度均向外折疊，以 Z形連續(xù)地自第一位置的單元電池200開始到最后位置的單元電池200 包住每個單元電池200，同時其余的隔離膜300纏繞堆疊的單元電池 200的外側部分，以及膠帶400，其連接于多孔性隔離膜300的最外端。這種電化學裝置的其它細節(jié)被揭示于韓國專利公開號2001-82059 與2001-82060，此專利在此完整引用做為參照。隔離器210插入在每個單元電池200的陰極220與陽極230之間， 并且其是由具有高離子滲透性與機械強度的絕緣薄膜所形成。隔離器 一般具有的孔徑為0.01到10pm，且其厚度為5到300^im。根據本發(fā)明， 在單元電池200中所包括的隔離器210的特點為低熱收縮率。優(yōu)選地 是，隔離器210不會熱收縮，直到至少15(TC為止。對于隔離器210而 言，優(yōu)選材料的范例可為具有超過20(TC的熔點的陶瓷材料或者是工程 塑料。陶瓷材料的具體范例可包括(但不限于)Pb(Zr， Ti)03 ， Pb!-xLaxZiVyTiy03 (其中x與y各介于0與1之間的范圍內)，PB(Mg3Nb2/3)03-PbTi03， BaTi03， Hf02， SrTi03， Ti02， Si02， A1203， Zr02， Sn02， Ce02， MgO， CaO， Y203，以及它們的任意組合。工程塑料的特定范例包括(但不限于)聚酯、聚砜、聚酰亞胺、 聚酰胺、聚縮醛，以及它們的任意組合。陶瓷隔離器的制造可由下述方式進行。將上述的陶瓷粒子均勻地 分散在聚合物結合劑溶液中，從而制備出漿料。然后，將所得的漿料 涂布在支撐材料上，并且對其進行干燥，以制作出隔離器。在此處， 對于傳統(tǒng)所使用的支撐材料，可提到的是多孔性無紡織物薄膜，例如 PET與尼龍，或者是傳統(tǒng)的聚烯烴隔離器。對于此處使用的聚合物結合劑，可提到的結合劑有諸如聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈及聚乙烯醇，它們可用于制作傳統(tǒng)的隔離器。隔離器的孔大小及孔隙度根據陶瓷材 料的種類、聚合物的種類以及它們的比例而定。此外，使用表現(xiàn)出直到約150。C為止基本上無熱收縮的工程塑料 的隔離器可借由砑光或旋轉制成，而非使用傳統(tǒng)的定向。陰極220的制造例如是由施加陰極活性材料、導電材料以及結合 劑的混合物到陰極電流收集器上，然后對其進行干燥。如果需要的話， 則其他的填充劑還可加入到上述的混合物中?？梢杂糜诒景l(fā)明的陰極活性材料的范例可包括(但不限于)疊層 的化合物，例如鋰鈷氧化物(LiCo02)以及鋰鎳氧化物(LiNi02)或 者是以一種或多種過渡金屬取代的化合物；鋰錳氧化物，例如化學式 為Li1+xMn2-xO4((Kx^0.33)， LiMn03, LiMn203及LiMn02的化合物；鋰 銅氧化物(Li2Cu02);釩氧化物，例如LiV303，LiFe304，V205及Cu2V207; 鎳型態(tài)的鋰鎳氧化物，其化學式為LiNiLxMx02(M《0， Mn， Al， Cu， Fe， Mg， B或Ga，且0.01^^0.3);鋰錳復合氧化物，其化學式為 LiMn2.xMx02(M=Co， Ni， Fe， Cr， Zn或Ta，且0.01^cS0.1)，或者化學式為Li2Mn3M08(M=Fe， Co， Ni， Cu或Zn); LiMn204，其中Li的 一部分由堿土族金屬離子取代；二硫化物化合物；以及Fe2(Mo04)3， 或者是由其任意組合形成的復合氧化物，它們是基于鋰插層 (intercalation)材料做為主要成分。陰極電流收集器通常制成的厚度為3到500(_mi。對于陰極電流收 集器而言并無特定限制，只要它具有高導電性，且不會造成所制成的 電池產生化學變化即可。對于陰極電流收集器的范例，可提到的有不 銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結碳，以及使用碳、鎳、鈦或銀做表面處理的 鋁或者不銹鋼。電流收集器可被制成在其表面上具有微細的不均勻性， 以增強與陰極活性材料的粘結性。此外，電流收集器可以具有多種型式包括薄膜、片、箔、網、多孔結構、發(fā)泡及無紡織物?；诎嘘帢O活性材料的混合物的總重量，導電材料通常加入，其重量百分比為1至50%。對于導電材料并無特定限制，只要它具有 適當?shù)膶щ娦裕粫斐伤圃斓碾姵氐幕瘜W變化即可。導電材料的例子，可提到的有包含石墨的導電材料，例如天然石墨或人造石 墨；炭黑類，例如炭黑、乙炔黑、科琴(Ketjen)黑、通道黑、火爐黑、 燈黑以及熱性黑、導電纖維，例如碳纖維及金屬纖維；金屬粉末，例 如碳氟化物粉末、鋁粉末及鎳粉末；導電須，例如氧化鋅及鈦酸鉀； 導電氧化物，例如氧化鈦；以及聚苯撐衍生物。結合劑為一種成分，它可以促進活性材料與導電材料之間的結合， 以及與電流收集器的結合。基于包含有陰極活性材料的混合物的總重， 用于本發(fā)明的結合劑加入，其重量百分比為1到50%。對于結合劑的 范例，可提到的有聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇羧、甲基纖維素(CMC)、 淀粉、羥丙基纖維素、再生的纖維素、聚乙烯基吡咯啶酮、四氟乙烯、 聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺酸化EPDM、 苯乙烯丁二烯橡膠、含氟橡膠及多種共聚物。填料為用于抑制陰極膨脹的可選擇性的組成。對于填料并沒有特 殊限制，只要其不會造成制造電池時的化學變化即可，且填料為纖維 材料。對于填料的范例，可使用烯烴聚合物，例如聚乙烯及聚丙烯； 及纖維材料，像是玻璃纖維及碳纖維。陽極230由施加陽極材料到陽極電流收集器，接著進行干燥所制 成。如果需要的話，則如上所述，還可以加入其它成分。陽極電流收集器通常制成的厚度為3至500pm。對于陽極電流收集器的材料并無特定限制，只要它具有適當?shù)膶щ娦?，且不會造成?制成的電池的化學變化即可。對于陽極電流收集器的范例，可以提到 的有銅、不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結碳、使用碳、鎳、鈦或銀及鋁鎘 合金做表面處理的銅或者是不銹鋼。類似于陰極電流收集器，陽極電流收集器亦可被制造成在其表面上形成微細的不均勻性，從而增進 其與陽極活性材料的粘結性。此外，陽極電流收集器可具有多種型式 包括薄膜、片、箔、網、多孔結構、發(fā)泡及無紡織物?？捎糜诒景l(fā)明的陽極材料的范例，可提到的有碳，例如非石墨碳 以及石墨基的碳；金屬合成氧化物，例如LixFe203((KX^l)， LixW。2((Kx^l)以及St^MekMe，yOz(Me: Mn, Fe， Pb， Ge; Me， Al， B, P， Si，元素周期表的第I族、第II族及第ni族元素，鹵素原子； 0^^1; Ky。；且1SZ《8);鋰金屬；鋰合金；硅基的合金；錫基的合金；氧化物，例如SnO， Sn02， PbO， Pb02， Pb203， Pb304， Sb203， Sb204， Sb205， GeO， Ge02， Bi203， Bi204，以及Bi205;導電聚合物， 例如聚乙炔；以及Li-Co-Ni基的材料。即使插入在每個堆疊單元電池200之間的隔離膜300也是具有高 離子滲透性及機械強度的絕緣薄膜，但是在本發(fā)明中的此薄膜指定為 隔離膜300,以與包含在單元電池200中的隔離器210有所區(qū)別。隔離膜相較于單元電池的隔離器具有相對較高的熱收縮率。做為 隔離膜，可使用本技術利用中通常使用的隔離器。隔離膜的特定范例 可包括(但不限于)聚烯烴樹脂，例如聚乙烯及聚丙烯，及其共聚物 與共混物，其為包含有細孔的材料，其中例如鋰離子的陽離子可以移 動通過這些細孔。隔離膜利用隔離膜材料的熱性能而實現(xiàn)關閉功能，其溫度優(yōu)選地是在100至15(TC，更優(yōu)選地是在120至140'C。如果隔離膜的關閉操 作溫度過低，則即使在電池的正常操作條件之下，亦會發(fā)生短路。如 果隔離膜的關閉操作溫度過高，則電池的溫度會不理想地過度升高， 且因此基本上無法保證電池的安全性。隔離器的熱收縮溫度及熱收縮率可以依據多種因素而決定，例如 隔離器材料的種類、制造方法，以及處理方法及處理條件。例如，聚 乙烯隔離器相較于聚丙烯隔離器在較低的溫度下進行收縮。此外，即 使隔離器是由相同材料制成，但是它們會依據隔離器的制造流程期間 所施加的拉伸的程度而呈現(xiàn)出不同的熱收縮率。此外，較薄的隔離器 相較于相對較厚的隔離器具有較高的熱收縮率。優(yōu)選地是，隔離膜可使用在折疊方向上單軸定向的多孔性材料， 使得熱收縮僅在折疊方向上發(fā)生。因為隔離膜中的折疊方向對應于纏 繞單元電池的方向，因此即使熱收縮在高溫之下發(fā)生，也可以防止由 于電極與電極接觸而造成的短路。然而，在垂直于折疊方向的方向上 發(fā)生的熱收縮可能會不理想地導致電極之間短路。本發(fā)明的電化學裝置優(yōu)選地是鋰二次電池，其中含鋰鹽、非水性 電解質被包含于上述的電極結構中。含有鋰鹽的非水性電解質由非水性電解質與鋰所構成。對于非水 性電解質，可以使用非水性電解質溶液、固態(tài)電解質及無機固態(tài)電解質。對于可用于本發(fā)明的非水性電解質溶液，例如可提到的是非質子(protic)有機溶劑，例如N-甲基-2-吡咯啶酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯 酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、Y-丁內酯、1,2-二甲氧基 乙烷、四羥基琺瑯、2-甲基四氫呋喃、二甲基亞砜、1，3-二惡戊垸、甲 酰胺、二甲基甲酰胺、二惡戊烷、乙腈、硝基甲垸、甲酸甲酯、乙酸 甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲垸、二惡戊垸衍生物、環(huán)丁砜、甲基環(huán) 丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啶酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氫呋喃衍生物、 醚、丙酸甲酯及丙酸乙酯。對于可用于本發(fā)明的有機固態(tài)電解質的范例，可提到的有聚乙烯 衍生物、聚環(huán)氧乙垸衍生物、聚環(huán)氧丙垸衍生物、磷酸酯聚合物、聚 攪動離胺酸、聚酯硫醚、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯及含有離子分解基 團的聚合物。對于可用于本發(fā)明的無機固態(tài)電解質的范例，可提到的有鋰的氮 化物，鹵化物及硫化物，例如是Li3N、 Lil、 Li5NI2、 Li3N-LiI-LiOH、 LiSi04、 LiSi04-LiI-LiOH、 Li2SiS3、 Li4Si04、 Li4Si04-LiI-LiOH以及 Li3P04-Li2S-SiS2。鋰鹽為一種可容易溶解于上述非水性電解質的材料，其可包括例 如LiCl、LiBr、LiI、LiC104、LiBF4、LiB1QCl1Q、LiPF6、LiCF3S03、LiCF3C02、 LiAsF6、 LiSbF6、 LiAlCl4、 CH3S03Li、 CF3S03Li、 (CF3S02)2NLi，氯硼垸鋰、低碳脂族羧酸鋰、四苯基硼酸鋰以及酰亞胺。此外，為了改善充電/放電特性以及阻燃性，可加入以下材料到非 水性電解質中，例如吡啶、惡磷酸三乙酯、三乙醇胺、環(huán)形醚、乙二 胺、n-乙二醇二甲醚、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亞胺染料、 N-取代的of唑啶酮、N,N-取代的咪唑啶、乙二醇二垸醚、銨鹽、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化鋁或者類似物。如果需要的話，則為了具有不可 燃性，非水性電解質可以進一步包括含鹵素的溶劑，諸如四氯化碳及 三氯乙烯。另外，為了改善高溫儲存特性，非水性電解質可以進一步 包括二氧化碳氣體。此外，本發(fā)明提供一種電化學裝置組，其包括上述的一個或多個 電化學裝置。在電化學裝置組中，電化學裝置可以以串聯(lián)或并聯(lián)的方式連接。范例現(xiàn)在，本發(fā)明將參考以下范例來更為詳細地說明。這些范例僅用 于例示本發(fā)明，而并不能視為限制本發(fā)明的范圍與精神。范例1插入在單元電池中的隔離器由涂布陶瓷材料在無紡織物支撐材料上來制造。這種隔離器直到150'C為止都不會有熱收縮。陰極由涂布通常熟知的鋰鈷氧化物、PVDF及導電材料的漿料在 鋁電流收集器上所制成。陽極由涂布通常熟知的石墨、PVDF及導電材料的漿料在銅電流 收集器上所制成。然后，將隔離器插入在陽極與陰極之間，從而制作出全極性電池。使用如此制成的全極性電池，如圖1所示的電化學裝置可參照在 韓國專利公開號2001-82059中所揭示的方法來制造。聚丙烯基的多孔 性隔離膜做為隔離膜。此隔離膜可在13(TC之下實現(xiàn)關閉功能。[對照范例1]如圖1所示的堆疊并包住的電化學裝置以與范例1相同的方法制 成，除了隔離器是使用相同于隔離膜的材料所制成。[實驗范例1]鋰離子二次電池由注入電解質到范例1與對照范例1的電化學裝 置當中，然后進行密封所制成。在執(zhí)行這樣制造出的電池的過量充電與高溫暴露試驗當中，證實 使用交替堆疊的隔離器結構的范例1相較于對照范例1表現(xiàn)出改善的電池安全性。產業(yè)應用性由上述說明可以了解，根據本發(fā)明的電化學裝置可以通過隔離膜 的熱性能而穩(wěn)定的引起關閉，而確保了裝置的熱穩(wěn)定性，而不會當電 池的溫度由于內部或外部因素而突然升高時，由于隔離器的熱收縮而 造成短路。雖然本發(fā)明的優(yōu)選具體實施例為了例示的目的而已經揭示，但是 本技術領域人員將可了解，在不背離如所附權利要求范圍中所揭示的 本發(fā)明的范圍與精神之情況下，可以進行多種修改、增加與替代。
權利要求
1.一種堆疊并包住的電化學裝置，其包括由全極性電池或雙極性電池構成的多個堆疊單元電池，以及插置入其間并纏繞它們的隔離膜，其中單元電池的隔離器由具有低熱收縮率的多孔性材料所形成，而隔離膜由具有相對高熱收縮率的多孔性材料所形成。
2. 如權利要求l所述的電化學裝置，其中所述裝置的結構包括由全極性電池或雙極性電池構成的多個堆疊單元電池，以及插置入其間 的多孔性隔離膜，其中多孔性隔離膜具有單元長度，這個單元長度被 確定用來纏繞單元電池，并且隔離膜每個單元長度都向內折疊，以從 中央單元電池開始到最外側單元電池連續(xù)地纏繞每一個單元電池。
3. 如權利要求l所述的電化學裝置，其中所述裝置的結構包括全 極性電池或雙極性電池構成的多個堆疊單元電池，以及插置入其間的 多孔性隔離膜，其中多孔性隔離膜具有單元長度，這個單元長度被確 定用來纏繞單元電池，并且隔離膜每個單元長度都向外折疊，以從第 一位置的單元電池開始到最后位置的單位電池連續(xù)地以Z形包住每一 個單元電池，而同時其余的隔離膜纏繞所述多個堆疊單元電池的外側 部分。
4. 如權利要求1所述的電化學裝置，其中隔離器不表現(xiàn)出熱收縮， 直到至少15(TC為止。
5. 如權利要求1所述的電化學裝置，其中隔離器是由具有超過200t:的熔點的陶瓷材料或者工程塑料所形成。
6. 如權利要求5所述的電化學裝置，其中陶瓷材料從包含Pb(Zr, Ti)03， Pb^LaxZ^yTiy03 (其中x與y各介于O至l的范圍內)， PB(Mg3Nb2/3)03-PbTi03， BaTi03， Hf02， SrTi03， Ti02， Si02， A1203，Zr02， Sn02， Ce02， MgO， CaO， Y203及其任何組合所構成的組中選 出。
7. 如權利要求5所述的裝置，其中工程塑料從由包含聚酯、聚砜、 聚酰亞胺、聚酰胺、聚縮醛及其任何組合所構成的組中選出。
8. 如權利要求1所述的電化學裝置，其中隔離膜在IO(TC至150 。C的溫度下，利用其熱性能而實現(xiàn)關閉功能。
9. 如權利要求8所述的電化學裝置，其中隔離膜在12(TC至140 'C的溫度下，利用其熱性能而實現(xiàn)關閉功能。
10. 如權利要求1所述的電化學裝置，其中隔離膜由聚烯烴樹脂 或其共聚物或其混合物所形成。
11. 如權利要求1所述的電化學裝置，其中隔離膜由在折疊方向 上單軸定向的多孔性材料所形成，使得熱收縮僅在折疊方向上發(fā)生。
12. 如權利要求1所述的電化學裝置，其中所述裝置為鋰二次電池。
13. —種電化學裝置組，包含如權利要求1所述的一個或多個電 化學裝置。
14. 如權利要求13所述的電化學裝置組，其中電化學裝置以串聯(lián) 或并聯(lián)的方式連接。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電化學裝置，其包括由全極性電池或雙極性電池組成的多個堆疊單元電池，以及設置于其間的隔離膜，由此隔離膜與隔離器被交替地堆疊在具有相反極性的電極層之間。在此，因為隔離膜由具有比隔離器的熱收縮率要高的熱收縮率的材料所形成，因此這種電化學裝置可利用經由隔離膜的熱性能的穩(wěn)定的引起關閉而保證裝置的熱穩(wěn)定性，而不會在電池的溫度由于內部或外部因素而突然上升時，由于隔離器的熱收縮而造成短路。
文檔編號H01M2/14GK101218694SQ200680024590
公開日2008年7月9日 申請日期2006年7月31日 優(yōu)先權日2005年8月16日
發(fā)明者安諄昊, 樸必圭, 金帝映 申請人:株式會社Lg化學