專利名稱：提供兩種或更多種工作電壓的堆疊型二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及堆疊型二次電池。更具體而言，本發(fā)明涉及一種包括
電池組電池的二次電池，所述電池組電池通過堆疊多個全電池(full cell)或者雙電池(bicell)作為單元電極組件而形成，所述全電池具有 陰極/分隔板/陽極的結(jié)構(gòu)，所述雙電池具有陰極(陽極)/分隔板/陽極 (陰極)/分隔板/陰極(陽極)的結(jié)構(gòu)，其中在兩個或更多個單元電極組 件中的陰極活性材料和/或陽極活性材料具有不同成分，因此通過在電 池組電池的外部設(shè)1_兩個或更多個電極終端，可同時提供兩種或更多 種電壓。
背景技術(shù)：
移動設(shè)備的技術(shù)發(fā)展和需求的增加已導(dǎo)致對作為能量來源的二次 電池的需求急劇增加。在這些二次電池中，針對具有高能量密度和高 放電電壓的鋰二次電池已進(jìn)行了大量研究和開發(fā)，因此這類鋰二次電 池中的一些已經(jīng)可以在市場上買到并被廣泛使用。
所述鋰二次電池指的是包括一種電極組件的電池，所述電極組件 包括含有能夠進(jìn)行鋰離子的嵌入/脫出的陰極活性材料的陰極、含有能
夠進(jìn)行鋰離子的嵌入/脫出的陽極活性材料的陽極和布置在所述陰極 和陽極之間的多微孔的分隔板，以及含有鋰離子的無水電解質(zhì) (non-aqueous electrolyte)。
例如，作為鋰二次電池的陰極活性材料，可首先提及的是過渡金 屬氧化物，諸如鋰鈷氧化物(LiCo02)、鋰錳氧化物(LiMih04)、鋰鎳氧 化物(LiNi02)，或者其中氧化物中的這些過渡金屬中的一部分被其他 過渡金屬代替的復(fù)合氧化物。另外，作為陽極活性材料，基于無定形 碳的材料和基于結(jié)晶碳的材料大量用于當(dāng)前對于使用基于硅的材料作 為陽極活性材料的現(xiàn)行研究中。
基于由陰極/分隔板/陽極組成的電極組件的構(gòu)造形式，這類二次 電池被大致分為凝膠巻(巻繞)型和重疊(堆疊)型。凝膠巻型電極組件
3通過以下方式制造在作為集電器的金屬箔片上涂以電極活性材料， 將所形成的結(jié)構(gòu)壓制和切割成具有預(yù)定寬度和長度的帶狀，使用分隔 板絕緣所述陰極和陽極，然后進(jìn)行螺旋巻繞。所述凝膠巻型電極組件 適合于圓柱形電池，但是在將其應(yīng)用到棱形或袋形電池時具有多種問 題，諸如電極活性材料與電極的分離，以及低空間利用性和效率。
正如在轉(zhuǎn)讓給本申請人的韓國專利申請公開文本編號 2001-82058Al、 2001-82059 Al和2001-82060A1中所詳細(xì)描述的，一 種能夠解決上述缺點(diǎn)和問題的更加高級的堆疊型電極組件，被配置為 具有這樣的結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中依次堆疊具有給定尺寸的陰極/分隔板/ 陽極的全電池或者具有給定尺寸的陰極(陽極)/分隔板〃曰極(陰極)/ 分隔板/陰極(陽極)的雙電池，以使得所述陰極和所述陽極相對于彼此 布置，并且在所述陰極和所述陽極之間布置一分隔板。
通常，通過以下方式制造二次電池將具有各種如上所述配置的 電極組件放進(jìn)圓柱形或棱形金屬罐(metal can)或袋形薄板殼中，然后 密封所形成的結(jié)構(gòu)，并將一個陰極和陽極的電極終端對暴露到電池殼 的外部。因此， 一個電池組電池被配置為供應(yīng)給定范圍內(nèi)的僅一個具 體電壓。某些常規(guī)現(xiàn)有技術(shù)提供一種在電池殼的外部形成有兩個或更 多個電極終端來提高功率輸出效率的結(jié)構(gòu)，但是從整個電池組電池提 供的電壓仍是恒定的。
然而，隨著電氣/電子設(shè)備已發(fā)展為非常多的各種形式，也必定會 有這樣的一些設(shè)備，它們具有這樣一種配置該配置根據(jù)所需的運(yùn)行 模式需要一種或多種運(yùn)行電壓。為了滿足這種需要兩種或更多種工作 電壓的設(shè)備，當(dāng)前可用的技術(shù)僅是這樣一種方法組合使用彼此設(shè)置 有不同工作電壓的兩個或更多個二次電池。
作為在一個電池中提供兩個工作電壓的嘗試，曰本未審查專利公 開文本No. 2003-331813公開了 一種在一電池殼中具有兩個彼此處于 絕緣狀態(tài)的電池組電池(A，B)的電池，其中各個電池組電池(A，B)的電 極終端暴露到外部。上述日本專利的特征在于所述電池被配置為，例 如，通過在一電池組電池中分開布置一 1. 5V-功率電池組電池(A)和另 一 1.5V-功率電池組電池(B)，并且將陰極終端和陽極終端連接至各個 電池組電池(A，B),使得當(dāng)在以3. OV運(yùn)行的設(shè)備中使用電池時，可使用上述單個電池而無需串聯(lián)兩個1. 5V的電池就能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的電壓。 然而，上述日本專利的電池具有的效果是，通過在電池殼中簡單 安裝兩個電池組電池，不需要使用諸如間隔件等的用于構(gòu)造電池模塊 的構(gòu)件，但是在兩個電池組電池之間提供基本沒有差異的電壓。基于 所公開的上述日本專利，可能會考慮配置電池，使得電池組電池(A) 和電池組電池(B，)提供彼此不同的電壓。然而，為了該目的，存在諸 如需要一種用于在電池殼內(nèi)分開布置電池組電池(A， B，)的分隔結(jié)構(gòu)等 的基本問題。
因此，需要研發(fā)一種能夠從一電池中提供多種電壓而不需要較大 改變常規(guī)二次電池的結(jié)構(gòu)的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，做出了本發(fā)明來解決上述問題以及其他一些一直渴求解決 的技術(shù)問題。
通過為解決上述問題而進(jìn)行的各種廣泛深入研究和試驗(yàn)，本發(fā)明 的發(fā)明人驚奇地發(fā)現(xiàn)，可以通過以下方式從一電池中提供諸多電壓而 無需修改電池殼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，即 一旦通過堆疊單元電極組件來制造 電極組件_一其中在基于已在本申請人的上述韓國專利申請中提出的
全電池或雙電池而堆疊的電極組件中---部分或全部單元電極組件
被配置為具有不同的活性材料成分，根據(jù)相應(yīng)的電壓安裝電極終端來 構(gòu)造電池，以提供多種電壓。本發(fā)明即基于這些發(fā)現(xiàn)完成。


通過以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明，可更加清晰地理解本發(fā)明的上述 和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。其中
圖1是一個具有陰極/分隔板/陽極/分隔板/陰極/分隔板/陽極結(jié) 構(gòu)的全電池的示意圖2是一個使用圖1的全電池構(gòu)造的示例性電池組電池的示意圖3是一個具有陰極/分隔板/陽極/分隔板/陰極結(jié)構(gòu)的C-型雙電 池的示意圖，以及圖4是一個具有陽極/分隔板/陰極/分隔板/陽極結(jié) 構(gòu)的A-型雙電池的示意圖；圖5是一個使用圖3和圖4的雙電池構(gòu)造的示例性電池組電池的 示意圖6是一個根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方案的由兩個具有不同的活性材料 成分的全電池(Fd、 FC2)組成的電池組電池的示意圖；以及
圖7是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方案的二次電池的示意圖，其中第一單 元電極組件的陰極終端和陽極終端被安裝在電池殼的頂部，第二單元 電極組件的陰極終端和陽極終端被安裝在電池殼的底部。
優(yōu)選實(shí)施方案的詳細(xì)i兌明
根據(jù)本發(fā)明的一方面，可通過提供包括通過堆疊多個全電池或者 雙電池作為單元電極組件而形成的電池組電池的堆疊型二次電池來實(shí) 現(xiàn)上述和其他目的，所述全電池具有陰極/分隔板/陽極結(jié)構(gòu)，所述雙
其中在兩個或更多個單元s電極組件中的陰極';J性材料和/或陽極活性
材料被配置為具有不同成分以產(chǎn)生電壓差，并且根據(jù)所述電壓差將分 離的電極終端安裝進(jìn)一電池殼中，從而通過單個電池同時提供兩種或 更多種電壓。
所述全電池是一種在電極組件的兩個末端具有不同電極的單元電 池，并且可使用陰極/分隔板/陽極作為基本結(jié)構(gòu)構(gòu)造成陰極/分隔板/ 陽極/分隔板/陰極/分隔板/陽極的形式。圖1示出了具有陰極/分隔板 /陽極/分隔板/陰極/分隔板/陽極結(jié)構(gòu)(全電池的示例性結(jié)構(gòu))的全電 池的示意圖。因此，可通過堆疊多個全電池并且在它們之間放入分隔 板來制造電池組電池，圖2示出了這種電池組電池配置的示例性結(jié)構(gòu)。
所述雙電池是一種在電極組件的兩個末端具有相同電極的單元電 池，并且被細(xì)分為其中定位在電極組件的兩個末端的電極是陰極的C-型雙電池以及其中定位在電極組件的兩個末端的電極是陽極的A-型雙 電池。C-型雙電池可使用陰極/分隔板/陽極/分隔板/陰極這一基本結(jié)
的形式。另一方面，A-型雙電池可使用陽極/分隔板/陰極/分隔板/陽
/分隔;fe^/陽極的形式Z圖3示出5了具有陰極/二隔板/陽極/二隔板/陰
6極的結(jié)構(gòu)的C-型雙電池的示意圖，而圖4示出了具有陽極/分隔板/陰 極/分隔板/陽極的結(jié)構(gòu)的A-型雙電池的示意圖。因此，可通過交替和 連續(xù)布置C-型雙電池和A-型雙電池來制造一個電池組電池，圖5示出 這種電池組電池配置的示例性結(jié)構(gòu)。對于雙電池的交替布置的次數(shù)沒 有具體限制。
因此，根據(jù)本發(fā)明的二次電池可包括由兩個或更多個全電池組成 的電池組電池和由兩個或更多個C-型/A-型雙電池的組合組成的電池 組電池。更優(yōu)選的是前一種電池組電池。
由于本發(fā)明的二次電池通過如上所討論的具有不同配置的單元電 極組件產(chǎn)生了兩種或更多種電壓差，所述電壓差的范圍不具體限制， 并且因而，例如，可設(shè)定在3. 35~3. 95V的范圍內(nèi)。
當(dāng)希望同時提供兩個不同電壓時，這樣一種要求，如其間具有1. 0V 電壓差的兩個不同電壓，可由單個電池同時提供，例如，通過堆疊多 個具有2. 5V工作電壓的全電池(Fd)和具有3. 5V工作電壓的全電池 (FC2)，并且在電池殼的外部分別安裝連接至全電池(Fd)的陰極和陽極 終端以及連接至全電池(FC2)的陰極和陽極終端。
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的示例性電池組電池的示意圖，所述示例性
FC2)組成。
所述單元電極組件具有這樣的結(jié)構(gòu)，其中通過將活性材料施加到 電極集電器的兩側(cè)而制備的陰極或陽極粘結(jié)至相應(yīng)的陽極或陰極上， 同時在它們之間放置分隔板。
在本發(fā)明中，通過配置以確保在構(gòu)成單元電極組件的陰極和陽極
的陰極活性材料和/或陽極活性材料成分，制造根據(jù)相應(yīng)單元電極組件 的電壓差。例如，通過將一個或多個使用陰極活性材料(CA1)和陽極活 性材料(AA1)的單元電極組件(El),與一個或多個使用陰極活性材料 (CA2)和陽極活性材料(AA2)的單元電極組件(E2)相組合，可以制造同 時提供兩種不同電壓的電池。另外，可以有這樣的組合，其中單元電 極組件(El)使用陰極活性材料(CA1)，單元電極組件(E2)使用陰極活性 材料(CA2),而陽極活性材料(AA1)是相同的，以及與此相反。優(yōu)選地，單元電極組件被配置為具有這樣的結(jié)構(gòu)陰極活性材料的類型不相同， 但使用相同類型的陽極活性材料。
本發(fā)明的二次電池優(yōu)選是鋰二次電池。在此情況下，陰極活性材 料可選擇自相對于鋰具有3. 4 ~ 4. 0V電位差(potent ial difference ) 的活性材料，而陽極活性材料可選擇自相對于鋰具有0~1.6V電位差 的活性材料。
當(dāng)分別使用兩個或更多個單元電極組件(El)和單元電極組件(E2) 時，可通過交替布置、區(qū)組布置(block arrangement)、隨機(jī)布置等類 似結(jié)構(gòu)布置這些電極組件，所述交替布置具有電極組件單元順序和交 替地布置的結(jié)構(gòu)，所述區(qū)組布置具有相同種類單元電極組件共堆疊的 結(jié)構(gòu)，所述隨機(jī)布置具有電極組件單元隨機(jī)堆疊的結(jié)構(gòu)。更優(yōu)選的是 交替布置和區(qū)組布置。
另外，本發(fā)明包括根據(jù)單元電極組件的種類，即電壓，在電池殼 的外部安裝不同的電極終端。例如，可將單元電極組件(E1)的陰極和 陽極終端安裝在電池殼的頂部，以及可將單元電極組件(E2)的陰極和 陽極終端安裝在電池殼的底部。在圖7中示出了這種電極組件的示例 性配置。在合適的地方，可在電池殼的橫向兩側(cè)面上附加安裝其他電 極組件(諸如，第三電極組件和第四電極組件)的陰極和陽極終端。
替代地，可在電池殼的頂部以彼此間隔的狀態(tài)安裝單元電極組件 (El)和單元電池組件(E2)各自的陰極終端，并且在電池殼的底部以彼 此間隔的狀態(tài)安裝所述單元電極組件各自的陽極終端。也可在電池殼 的橫向側(cè)面安裝電極終端，因而基于這些安裝模式可以實(shí)現(xiàn)多種配置。
在才艮據(jù)本發(fā)明的二次電池中，可以多種方式將全電池或雙電池配
置進(jìn)電極組件。例如，可使用在轉(zhuǎn)讓給本專利申請人的韓國專利申請 7>開文本編號2001-82058 Al、 2001-82059 Al和2001 - 82060 Al中 所公開的堆疊方式，這些申請的公開文本通過引用整體納入本說明書。 在下文中，將更加詳細(xì)地描述用于構(gòu)造根據(jù)本發(fā)明的二次電池所 需的各部分。
例如，通過將陰極活性材料、導(dǎo)電材料和粘合劑的混合物施加到 陰極集電器然后干燥來制造全電池或雙電池中的陰極。如果需要，所 述混合物可進(jìn)一步包括填充劑。
8所述陰極集電器通常被制造為具有3- 500 pm的厚度。對于陰極 集電器的材料沒有具體限制，只要它們具有高導(dǎo)電性而不引起在已制 造的電池中的化學(xué)變化。作為陰極集電器的材料的實(shí)施例，可提到的 是不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結(jié)碳，以及用碳、鎳、鈦或銀進(jìn)行表面處 理過的鋁或不銹鋼?？蓪⒓娖髦圃鞛樵谄浔砻婢哂屑?xì)微不規(guī)則處 (irregularity),以提高陰極活性材料的粘附力。另外，集電器可采 用多種形式，包括薄膜、薄板、箔片、網(wǎng)狀物、多孔結(jié)構(gòu)、泡沫以及 無紡織物。
在本發(fā)明中可以使用的陰極活性材料的實(shí)施例可包括，但不限于 諸如鋰鈷氧化物(LiCo02)和鋰鎳氧化物(LiNi02)等的層狀化合物，或者 由一種或多種過渡金屬取代的化合物；鋰錳氧化物，諸如化學(xué)式為 Lh+xMri2-x04、LiMn03、LiMn203和LiMn02等的化合物；鋰銅氧化物(Li2Cu02); 諸如LiV力8、 V20s和Cu2VA等的釩氧化物；化學(xué)式為LiNi卜美02 (M=Co、 Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga,并且0. 01 < x< 0. 3)的鎳定位型的(Ni-sited) 鋰鎳氧化物(lithiated nickel oxides );化學(xué)式為LiMn2—XMX02 (M=Co、 Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，并且0. 01<x<0. l)或者化學(xué)式為Li2Mn3M08 (M=Fe、 Co、 Ni、 Cu或Zn)的鋰錳復(fù)合氧化物；LiMn204，其中一部分Li由堿 土金屬離子取代；二硫化合物；Fe2(Mo04)3、 LiFe力4等等。
基于包括陰極活性材料的混合物總重量，通常以按重量計(jì)1%~ 50%的量添加導(dǎo)電材料。對于導(dǎo)電材料沒有具體限制，只要導(dǎo)電材料 具有合適的傳導(dǎo)性而不引起在已制造的電池中的化學(xué)變化。作為導(dǎo)電 材料的實(shí)施例，可提及到的是石墨，諸如天然石墨或人工石墨；炭 黑，諸如炭黑、乙炔黑、科琴超導(dǎo)電炭黑(Ketjen black)、槽法炭黑、 爐黑、燈黑和熱碳黑；導(dǎo)電纖維，諸如碳纖維和金屬纖維；金屬粉， 諸如氟化碳粉、鋁粉和鎳粉；導(dǎo)電晶須(conductive whiskers)，諸如 氧化鋅和鈦酸鉀；導(dǎo)電金屬氧化物，諸如氧化鈦；以及聚苯衍生物。
所述粘合劑是一種幫助在電極活性材料和導(dǎo)電材料之間粘結(jié)、以 及幫助將電極活性材料粘結(jié)到集電器的成分。基于包括陰極活性材料 的混合物總重量，通常以按重量計(jì)1% ~50%的量添加粘合劑。作為 粘合劑的實(shí)施例，可提及的是聚乙烯醇、羧曱基纖維素(CMC)、淀粉、 羥丙基纖維素、再生纖維素、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrollidone)、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共 聚物(EPDM)、磺化EPDM、 丁苯橡膠、氟橡膠和各種共聚物。
填充劑是一種用于防止陰極膨脹的可選擇成分。對于填充劑沒有 具體限制，只要其不引起在已制造的電池中的化學(xué)改變并且是纖維材 料。作為填充劑的實(shí)施例，可使用諸如聚乙烯和聚丙烯等的烯烴聚 合物；以及諸如玻璃纖維和碳纖維等的纖維材料。
通過將陽極活性材料施加到陽極集電器然后進(jìn)行干燥來制造陽極。
通常，陽極集電器被制造為具有3~ 500jim的厚度。對于陽極集 電器的材料沒有具體限制，只要其具有合適的導(dǎo)電性而不引起在已制 造的電池中的化學(xué)變化。例如，作為陽極集電器材料的實(shí)施例，可提 到的是銅、不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結(jié)碳，表面被碳、鎳、鈦或者銀 處理過的銅或不銹鋼，以及鋁-鎘合金。與陰極集電器相類似，也可處 理陽極集電器使得在其表面上形成細(xì)微不規(guī)則性，以增加陽極活性材 料的粘附力。另外，可以多種形式使用陽極集電器，諸如以薄膜、薄 板、箔片、網(wǎng)狀物、多孔體、泡沫體和無紡織物的形式。
作為在本發(fā)明中可使用的陽極材料的實(shí)施例，可提及的是碳， 諸如非石墨化碳和基于石墨的碳；金屬復(fù)合氧化物，諸如LixFe203 (0 《x")、 Li萬((Kx")和SrixMe卜xMe，yOz(Me:Mn、 Fe、 Pb、或Ge; Me，Al、 B、 P、 Si，元素周期表的1、 2和3族的元素，或者囟素；0 《x《l; l<y<3;并且1 < z < 8);鋰金屬；鋰合金；基于硅的合金； 基于錫的合金；金屬氧化物，諸如Sn0、 Sn02、 Pb0、 Pb02、 Pb203、 Pb304、 Sb203、 Sb204、 Sb204、 Sb205、 GeO、 Ge02、 Bi203、 BiA和Bi205;導(dǎo)電聚 合物，諸如聚乙炔；以及基于Li-Co-Ni的材料。
將分隔板布置在陰極和陽極之間。針對分隔板，使用具有高離子 滲透性和機(jī)械應(yīng)力的絕緣薄膜。分隔板典型地具有0. 01 10jim的孔 徑，5~300ym的厚度。針對分隔板，使用的是由具有耐化學(xué)性和疏 水性的諸如聚丙烯和/或玻璃纖維或聚乙烯等烯烴聚合物制成的薄板 或無紡織物。當(dāng)將諸如聚合物等的固態(tài)電解質(zhì)用作電解質(zhì)時，該固態(tài) 電解質(zhì)也可同時用作分隔板和電解質(zhì)。
包含有鋰鹽的無水電解質(zhì)由無水電解質(zhì)和鋰組成。針對無水電解
10質(zhì)，可使用無水電解質(zhì)溶液、有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)或者無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)。
作為在本發(fā)明中可使用的無水電解質(zhì)溶劑的實(shí)施例，可提及的是 非質(zhì)子有機(jī)溶劑，諸如N-曱基-2-吡咯烷酮、碳酸異丙烯酯、碳酸亞 乙酯、碳酸丁烯(butylene carbonate)、碳酸二甲酯(dimethyl carbonate)、碳酸二乙酉旨、y 丁內(nèi)酉旨(gamma— butyro lactone)、 1， 2-二曱氧基乙烷(dimethoxy ethane )、四鞋基Franc( tetrahydroxy Franc) 、 2-曱基四氫呋喃、二曱亞砜、1， 3-二氧戊環(huán)、曱酰胺、二曱 基曱酰胺、二氧戊環(huán)、乙腈、硝基曱烷、曱酸曱酯、乙酸甲酯、磷酸 三酉旨(phosphoric acid triester)、 三曱氧基曱烷(trimethoxy methane) 、 二氧戊環(huán)衍生物、環(huán)丁砜、曱基環(huán)丁砜、1， 3-二曱基-2-咪唑烷酮、碳酸異丙烯酯衍生物、四氫呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和 丙酸乙酯。
作為在本發(fā)明中可使用的有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的實(shí)施例，可提及的是 聚乙烯衍生物、聚環(huán)氧乙烷衍生物、聚環(huán)氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合 物(phosphoric acid ester polymers )、聚攪拌賴氨酸(poly agitation lysine)、聚酯硫化物(polyester sulfide),聚乙烯醇、聚偏二氟乙 烯以及包含離子離解基的聚合物等。
作為在本發(fā)明中可使用的無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的實(shí)施例，可提及的是 鋰的氮化物、鹵化物和硫酸鹽，諸如Li3N、 Lil、 Li5NI2、 Li3N-LiI-LiOH、 LiSiO" LiSiO廣LiI一LiOH、 Li2SiS3、 Li4Si04、 Li4Si04-LiI-LiOH和 Li3P04-Li2S-SiS2。
鋰鹽是一種在上述無水電解質(zhì)中易溶的材料，并且可包括諸如， LiCl、 LiBr、 Lil、 LiC104、 LiBF4、 LiB10Cl10、 LiPF6、 LiCF3S03、 LiCF3C02、 LiSbF6、 LiAlCl4、 CH3S03Li 、 CF3S03LI 、 (CF3S02) 2NLi 、氯硼氫4匕鋰 (chloroborane lithium)、 低月旨族羧酸鋰(lower aliphatic carboxylic acid lithium)、 四苯基硼酸鋰(lithium tetraphenyl borate)和酰亞胺。
另外，為了提高充電/放電特征和阻燃性，可向無水電介質(zhì)中添加 以下物質(zhì)，諸如吡啶、亞磷酸三乙酯、三乙醇胺、環(huán)醚、1，2-乙二胺、 n-甘醇二曱醚、六磷酰三胺(hexaphosphoric triamide)、硝基苯衍 生物、硫磺、醌亞胺染料、N-取代咪唑烷(N-substitutedoxazolidinone ) 、 N， N-取代咪哇烯 (N， N-substituted imidazol idine)、乙二醇二烴基醚(ethylene glycol dialkyl ether)、 銨鹽、吡咯、2-曱氧基乙醇、三氯化鋁或者類似的化合物。如果需要 的話，為了提供不燃性，無水電解質(zhì)可進(jìn)一步包括含有鹵素的溶劑， 諸如四氯化碳和三氟代乙烯。而且，為了提高高溫存儲特性，無水電 解質(zhì)可附加地包括二氧化碳?xì)怏w。
實(shí)施例
現(xiàn)在，將參考下面的實(shí)施例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明。這些實(shí)施例 僅為了示例性目的而提供，并且不應(yīng)該被理解為限制本發(fā)明的范圍和 主旨。
一種具有Li^AlHMriL804成分的鋰錳氧化物作為陰極活性材料，炭 黑和PVDF[聚(偏二氟乙烯)]作為粘合劑，以85: 10: 5的重量比在作 為有機(jī)溶劑的NMP中混合從而制備漿體。將形成的漿體施加到具有20 nm厚度的鋁(Al)箔片的兩面，然后干燥以制造陰極(CA1)。這樣所制 造的陰極(C1)相對于鋰具有約4. 0V的電位差。
進(jìn)一步，使用具有LiNi^Mnu3Co^02成分的鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物作 為陰極活性材料，根據(jù)如上所述的相同方法制造陰極(CA2)。這樣所制 造的陰極(C2)相對于鋰具有約3. 75V的電位差。
作為粘合劑的具有高結(jié)晶度和平均粒度12jum的球狀人工石墨粉 和PVDF，以90: 10的重量比混合進(jìn)NMP以制備漿體。將形成的漿體 施加到具有10Mm厚度的銅(Cu)箔片上，然后干燥并輥壓制成60jam 的厚度以制造陽極(AA1)。這樣所制造的陽極(A1)相對于鋰具有0. 05V 的電位差。
這樣所制造的陰極(Cl)和陽極(Al)被用來分別制造具有 C1-A1-C1結(jié)構(gòu)的C-型雙電池(CB1)和具有A1-C1-A1結(jié)構(gòu)的A-型雙電 池(AB1)，并且陰極(C2)和陽極(A1)被用來分別制造具有C2-Al-C2結(jié) 構(gòu)的C-型雙電池(CB2)和具有A1-C2-A1結(jié)構(gòu)的A-型雙電池(AB2)。接 著，將所述雙電池以CB1-AB1-CB2-AB2的布置來堆疊并且布置分隔板， 使得在雙電池之間的電極終端位于相反方向，從而制造電極組件。使用1M LiPF6EC/DEC溶液作為電池電解質(zhì)。
最后，將兩個雙電池(CBl, AB1)的電極頭熔焊至陰極和陽極引線 (El)，并且將兩個雙電池(CB2， AB2)的電極頭熔焊至陰極和陽極引線 (E2),從而形成兩種電極終端。接下來，將所形成的電極組件結(jié)構(gòu)密 封在由鋁薄板制成的袋形殼內(nèi)以形成電池。
將這樣制造的電池進(jìn)行5次充電/放電循環(huán)，并且在電池的50 o/o S0C(充電狀態(tài))下測量電極終端(E1，E2)的電壓。結(jié)果，El顯示為 3.95V, E2顯示為3.73V，從而在它們之間呈現(xiàn)出不同的電位。
除了使用具有LiFeP04成分的磷酸鋰鐵作為陰極活性材料來制造 陰極(C3)之外，以與實(shí)施例1中相同的方式制造雙電池。構(gòu)造一電池， 使得橫向暴露實(shí)施例1中的堆疊雙電池中的陰極和陽極引線(E3)。重 復(fù)充電/放電循環(huán)并且在50%SOC測量E3的電位。結(jié)果，E3顯示為 3. 35V,從而實(shí)現(xiàn)單個電池提供三種不同電位的目的。
工業(yè)實(shí)用性
正如從上述說明中顯而易見的，通過從一個電池中同時給予兩種 或更多種電壓，根據(jù)本發(fā)明的堆疊型電池可被有效應(yīng)用到需要兩種或 更多種不同工作電壓的設(shè)備中。另外，電極組件的串聯(lián)連接也可提供 一個高工作電壓。
盡管出于示例性目的已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，本領(lǐng)域中 的普通技術(shù)人員將意識到，可以做出多種修改、添加和替換，而不偏 離所附權(quán)利要求中所公開的本發(fā)明的范圍和主旨。
1權(quán)利要求
1. 一種包括電池組電池的堆疊型二次電池，所述電池組電池通過堆疊多個全電池或雙電池作為單元電極組件而形成，所述全電池具有陰極/分隔板/陽極結(jié)構(gòu)，所述雙電池具有陰極(陽極)/分隔板/陽極(陰極)/分隔板/陰極(陽極)結(jié)構(gòu)，其中在兩個或更多個單元電極組件中的陰極活性材料和/或陽極活性材料被配置為具有不同成分以產(chǎn)生電壓差，并且根據(jù)所述電壓差將分離的電極終端分別安裝到一電池殼內(nèi)，從而由單個電池同時提供兩種或更多種電壓。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中所述電池包括由兩個全 電池組成的電池組電池，所述兩個全電池具有不同的活性材料成分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中所述電池包括由兩個 C-型/A-型雙電池的組合組成的電池組電池，所述兩個雙電池具有不同 的活性材料成分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中所述電壓差被設(shè)定在 3. 35~3. 95V的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中所述電池是鋰二次電池。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的二次電池，其中所述鋰二次電池的陰極 活性材料選自相對于鋰具有3. 4~4. 0V電位差的活性材料。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的二次電池，其中所述鋰二次電池的陽極 活性材料選自相對于鋰具有0 ~ 1. 6V電位差的活性材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中在使用兩個不同的單元 電極組件時，第一單元電極組件的陰極和陽極終端安裝在所述電池殼 的頂部，第二單元電極組件的陰極和陽極終端安裝在所述電池殼的底部。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的二次電池，其中在所述電池殼的兩個橫 向兩側(cè)面上附加安裝第三和第四單元電極組件的陰極和陽極終端。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中在使用兩個不同的單 元電極組件時，在所述電池殼的頂部以彼此間隔的狀態(tài)安裝第一單元 電極組件和第二單元電極組件各自的陰極終端，并且在所述電池殼的 底部以彼此間隔的狀態(tài)安裝所述單元電極組件各自的陽極終端。
全文摘要
所提供的是一種包括電池組電池的堆疊型二次電池，所述電池組電池通過堆疊多個全電池或者雙電池作為單元電極組件而形成，所述全電池具有陰極/分隔板/陽極的結(jié)構(gòu)，所述雙電池具有陰極(陽極)/分隔板/陽極(陰極)/分隔板/陰極(陽極)的結(jié)構(gòu)，其中在兩個或更多個單元電極組件中的陰極活性材料和/或陽極活性材料被配置為具有不同成分以產(chǎn)生電壓差，并且根據(jù)所述電壓差將電極終端分別安裝在一電池殼內(nèi)，從而由一個電池同時提供兩種或更多種電壓。
文檔編號H01M10/04GK101501919SQ200780029551
公開日2009年8月5日 申請日期2007年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月13日
發(fā)明者劉智相, 南宮檍, 樸慧雄, 洪升澤, 黃羅英 申請人:株式會社Lg化學(xué)