本申請要求2015年8月21日向韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2015-0117952號韓國專利申請的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其以全文引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電極端子、電化學(xué)裝置和包括該電化學(xué)裝置的電化學(xué)裝置模塊，更具體地涉及與電化學(xué)裝置的電極連接的電極端子或者電連接電化學(xué)裝置模塊中的電化學(xué)裝置的電極端子。

背景技術(shù)：

電化學(xué)裝置(例如原電池、可充電電池、太陽能電池、電容器等)通過電化學(xué)反應(yīng)生成電能，且被稱為儲能裝置以及被用作移動(dòng)電源。

電化學(xué)裝置通常由電極(正極和負(fù)極)、電解質(zhì)溶液、隔板、外殼材料和電極端子組成。電極端子被焊接到電池的外殼材料或者從外殼材料凸出以及與電極電連接，因此輸送電池內(nèi)部和外部的電子。另一方面，電極端子用來電連接一個(gè)以上的電池。

關(guān)于電極端子，鎳(Ni)通常具有優(yōu)異的焊接加工性和耐腐蝕性但是昂貴的且與其他材料相比具有相對較低的導(dǎo)電性，因此不適于需要高功率的電池，而銅(Cu)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性但是較弱的腐蝕特性。因此，鍍鎳(Ni)的銅(Cu)或者在銅(Cu)的表面上的鎳(Ni)合金已知被用于電極端子。

然而，仍然需要具有較高導(dǎo)電性且同時(shí)具有優(yōu)異耐腐蝕性的電極端子以獲得高功率的電池。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

實(shí)施方式提供了包括鍍在銅(Cu)基材的表面上的含鎢(W)的金屬層且具有改善的導(dǎo)電性和耐腐蝕性的電極端子、電化學(xué)裝置和包括電極端子的電化學(xué)裝置模塊。

實(shí)施方式提供了包括銅基材和覆蓋銅基材的至少一個(gè)表面的金屬層的電極端子，其中所述金屬層包括大于或等于10wt％且小于或等于80wt％的鎢(W)，和選自鎳(Ni)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鉛(Pb)、錫(Sn)、鉬(Mo)、鈹(Be)、銠(Rh)、銥(Ir)、和其組合的另外的金屬。

另外的金屬可以是鎳(Ni)。

另外的金屬可以是鎳和銀(Ag)的組合。

金屬層可以包括以10∶90至70∶30的重量比的鎢(W)和鎳(Ni)。

金屬層可以包括包括以20∶80至70∶30的重量比的鎢和鎳。

金屬層可以包括以10至70∶29至89∶1至20的重量比的鎢、鎳和銀(Ag)。

金屬層的厚度可以是0.2μm至5μm。

金屬層可以是通過電鍍或化學(xué)鍍提供的鍍層。

金屬層可以覆蓋所述銅基材的全部表面。

根據(jù)另一實(shí)施方式，電化學(xué)裝置包括根據(jù)所述實(shí)施方式的電極端子。

電化學(xué)裝置可以是可充電的鋰電池或電容器。

根據(jù)另一實(shí)施方式，一種電化學(xué)裝置模塊包括：多個(gè)電化學(xué)裝置和電連接所述電化學(xué)裝置的多個(gè)電極端子，其中所述電極端子包括銅基材和覆蓋所述銅基材的至少一個(gè)表面的金屬層，以及所述金屬層包括大于或等于10wt％且小于或等于80wt％的鎢(W)，和選自鎳(Ni)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鉛(Pb)、錫(Sn)、鉬(Mo)、鈹(Be)、銠(Rh)、銥(Ir)、和其組合的另外的金屬。

可以以矩陣形式設(shè)置多個(gè)電化學(xué)裝置。

在第一方向上相鄰的電化學(xué)裝置可以與電極端子串聯(lián)或并聯(lián)聯(lián)接。

此外，在第二方向上相鄰的電化學(xué)裝置可以與電極端子串聯(lián)或并聯(lián)聯(lián)接。

在以下描述中包括其他實(shí)施方式。

通過具有優(yōu)異導(dǎo)電性和同時(shí)改善的耐腐蝕性的電極端子，可以實(shí)現(xiàn)具有高功率、高效率和高耐久性的電化學(xué)裝置和電化學(xué)裝置模塊。

附圖說明

圖1是示出根據(jù)示例性實(shí)施方式的電極端子的透視圖。

圖2是示出包括根據(jù)示例性實(shí)施方式的電極端子的圓柱狀電池的示意圖。

圖3是示出包括根據(jù)示例性實(shí)施方式的電極端子的棱柱狀電池的示意圖。

圖4是示出包括根據(jù)示例性實(shí)施方式的電極端子的聚合物電池的示意圖。

圖5是示出電化學(xué)裝置模塊的透視圖，在該電化學(xué)裝置模塊中以矩陣形式設(shè)置根據(jù)實(shí)施方式的多個(gè)圓柱狀電池。

圖6是示出關(guān)于在根據(jù)實(shí)施例3的電極端子中所形成的金屬層的表面的EDS(X射線能量色散譜)元素分析結(jié)果的譜圖。

具體實(shí)施方式

示例性實(shí)施方式在下文將被具體描述，且通過本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以容易地執(zhí)行。然而，該公開可以體現(xiàn)為多個(gè)不同的形式且不應(yīng)該被理解成限制本文所列舉的示例性實(shí)施方式。在本申請的全文中，相同的附圖標(biāo)記指代相同的組成元件。

實(shí)施方式提供了包括銅基材和覆蓋銅基材的至少一個(gè)表面的金屬層的電極端子，其中所述金屬層包括鎢(W)。

根據(jù)該實(shí)施方式的電極端子可以用于各種電化學(xué)裝置(例如原電池、可充電電池、太陽能電池、電容器等)，且與電極電連接以及從電化學(xué)裝置凸出，因此電連接電化學(xué)裝置或不同的電化學(xué)裝置的內(nèi)部和外部，但是不必限制到這些用途。

在下文中，參考圖1，示意性地示出根據(jù)實(shí)施方式的電極端子。

圖1是示出根據(jù)示例性實(shí)施方式的電極端子的透視圖。

參考圖1，電極端子50包括銅基材5a和在銅基材5a的表面上的含鎢(W)的金屬層5b，且具有整體導(dǎo)電性。

電極端子可具有橢圓形或圓形形狀、或者至少彎曲橫截面的形狀，而不限于在圖1中所示出的形狀。下文將描述通過應(yīng)用電極端子50所制造的電化學(xué)裝置。

銅基材5a是箔形狀的薄膜且形成電極端子50的芯部。銅基材5a的厚度可以是例如0.01mm至2mm，或者厚度是例如0.05mm至1mm。當(dāng)銅基材5a的厚度小于0.01mm時(shí)，銅基材很薄使得電極端子50相對于物理環(huán)境可以很弱且具有低導(dǎo)電性，但是當(dāng)銅基材5a的厚度大于2mm時(shí)，由于對于形成金屬層5b增大面積，銅基材5a會增大電極端子50的制造成本，且由于增加了重量和厚度而會具有在電化學(xué)裝置的重量和尺寸減小方面的缺點(diǎn)。然而，銅基材的厚度可以不限于上述范圍內(nèi)，且本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)通過應(yīng)用電極端子所制造的電化學(xué)裝置的尺寸或容量可以合適地選擇。

銅基材5a的寬度可以是例如1mm至150mm，或者寬度是例如1mm至15mm。銅基材5a的寬度可以不限于上述范圍，且本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)通過應(yīng)用電極端子所制造的電化學(xué)裝置可以合適地選擇。

銅基材5a可具有例如大于或等于99.0％的純度、或者例如大于或等于99.5％的純度。當(dāng)銅基材5a具有大于或等于99.0％的純度時(shí)，銅基材5a具有低的電阻率且因此示出可用于電化學(xué)裝置的高導(dǎo)電性。

金屬層5b覆蓋銅基材5a的至少一個(gè)表面。金屬層5b包括具有與銅基材5a相比較高導(dǎo)電性和較強(qiáng)耐腐蝕性的鎢，以及如圖1中所示，金屬層5b可以被形成用以覆蓋銅基材5a的整個(gè)表面。因此，可以抑制由包括強(qiáng)酸等的電解質(zhì)溶液對電極端子50的腐蝕且電極端子50維持高的導(dǎo)電性。

鎢(W)具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和耐腐蝕性但具有3407℃的非常高的熔點(diǎn)且因此通常具有不足的焊接加工性，且還具有-0.58V的低的標(biāo)準(zhǔn)還原電勢且因此難鍍。

然而，本發(fā)明的發(fā)明人通過焊接工藝(例如激光焊接、超聲焊接、電阻焊接等)以及另外通過鍍工藝(例如電鍍或化學(xué)鍍)在基材上形成金屬層5b，使得通過將鎢與選自鎳(Ni)、銀(Ag)、金(Au)、鉑(Pt)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鉛(Pb)、錫(Sn)、鉬(Mo)、鈹(Be)、銠(Rh)、銥(Ir)、和其組合的另外的金屬合金化，電極端子50具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。

因此，在一個(gè)實(shí)施方式中，金屬層5b可以至少包括鎢(W)與至少一種異種金屬的二元合金，且可以以電鍍或化學(xué)鍍方法被鍍在銅基材5a的表面上。

在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，金屬層5b的厚度可以是例如0.2μm至5μm，或者例如0.5μm至2μm。當(dāng)金屬層5b的厚度小于0.2μm時(shí)，銅基材5a的表面可以被金屬層5b完全覆蓋但可以部分地暴露到外部，因此對化學(xué)環(huán)境(例如諸如氫氟酸(HF)等的電解質(zhì)溶液的腐蝕)可以是弱的抗性。當(dāng)金屬層5b的厚度大于5μm時(shí)，與銅基材5a相比，金屬層5b的導(dǎo)電性可以明顯變差，其生產(chǎn)率也會變差，這是因?yàn)槠浠ㄙM(fèi)長時(shí)間來形成金屬層5b。

在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，在金屬層5b中的鎢(W)的含量可以小于或等于80wt％，例如小于或等于78wt％，小于或等于76wt％，小于或等于74wt％，或者小于或等于72wt％。

另一方面，金屬層5b可以包括以大于或等于10wt％(例如，大于或等于12wt％，大于或等于14wt％，大于或等于16wt％，大于或等于18wt％，或大于或等于20wt％)的用量的鎢(W)。

當(dāng)鎢(W)的用量被包括在該范圍內(nèi)時(shí)，金屬層5b可具有優(yōu)異的抗強(qiáng)酸和抗強(qiáng)堿的耐腐蝕性且可維持高的導(dǎo)電性，且通過以余量使用的異種金屬的合金化還可以具有優(yōu)異的焊接加工性以及電鍍性能。

在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，金屬層5b可以由鎢(W)-鎳(Ni)二元合金(通過另外包括作為異種金屬的鎳(Ni))形成。

在鎢(W)-鎳(Ni)二元合金中，在金屬層5b中的鎢(W)∶鎳(Ni)的重量比可以是10∶90至70∶30，例如20∶80至70∶30。

如上文所述，當(dāng)被包括的鎢(W)的重量比大于70％時(shí)，鎢(W)-鎳(Ni)二元合金的加工性會變差，當(dāng)被包括的鎢(W)的重量比小于10％時(shí)，所包括的鎢(W)的含量很小，使得鎢(W)-鎳(Ni)二元合金可以對通過空氣中的水蒸氣或者包括強(qiáng)酸(例如氫氟酸(HF)等)的電解質(zhì)溶液的氧化具有弱的抗性，且還可以具有不足的導(dǎo)電性且因此會使電池性能變差。

另一方面，金屬層5b可以由鎢(W)-鎳(Ni)-銀(Ag)三元合金(通過另外包括鎳(Ni)和銀(Ag)的組合作為異種金屬的)形成。

在鎢(W)-鎳(Ni)-銀(Ag)三元合金中，在金屬層5b中的鎢(W)∶鎳(Ni)∶銀(Ag)的重量比可以是10至70∶29至89∶1至20。

通過該方式，當(dāng)被包括的鎢(W)的重量比大于或等于70％時(shí)，鎢(W)-鎳(Ni)-銀(Ag)三元合金的加工性會變差，以及當(dāng)被包括的鎢(W)的重量比小于10％時(shí)，鎢(W)-鎳(Ni)-銀(Ag)三元合金包括太少含量的鎢(W)且因此會對通過空氣中的水蒸氣或者包括強(qiáng)酸(例如氫氟酸(HF)等)的電解質(zhì)溶液的氧化具有弱的抗性。

當(dāng)被包括的鎳(Ni)的重量比大于89％時(shí)，鎢(W)-鎳(Ni)-銀(Ag)三元合金可具有對包括強(qiáng)酸(例如氫氟酸(HF)等)的電解質(zhì)溶液的弱的耐腐蝕性和不足的導(dǎo)電性且因此使電池性能變差，以及當(dāng)被包括的鎳(Ni)的重量比小于29％時(shí)，鎢(W)-鎳(Ni)-銀(Ag)三元合金會具有差的加工性和抗氧化性。

當(dāng)被包括的銀(Ag)的重量比大于20％時(shí)，成本會大幅增大，以及被包括的當(dāng)銀(Ag)的重量比小于1％時(shí)，銀(Ag)在改善導(dǎo)電性上影響小。

另一方面，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的電極端子50可具有單層結(jié)構(gòu)或者多層結(jié)構(gòu)，在該單層結(jié)構(gòu)中，包括鎢的金屬層5b在銅基材5a的表面上或者在銅基材5a的表面上首先形成鎳(Ni)層之后的鎳(Ni)層表面上被形成作為單層，在該多層結(jié)構(gòu)中，多個(gè)鎳(Ni)層和多個(gè)金屬層5b交替地設(shè)置在銅基材5a的表面上。

通過該方式，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的電極端子50呈現(xiàn)優(yōu)異的導(dǎo)電性但具有物理上和化學(xué)上保護(hù)具有弱的耐腐蝕性的銅基材5a的效果。此外，與在根據(jù)下文待描述的比較實(shí)施例的銅基材5a的表面上具有鎳(Ni)或鎳(Ni)-鉻(Cr)合金層的結(jié)構(gòu)相比，包括金屬層5b的電極端子呈現(xiàn)優(yōu)異的導(dǎo)電性和耐腐蝕性。

換句話說，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的電極端子50具有優(yōu)異的對包括強(qiáng)酸(例如氫氟酸(HF)等)的電解質(zhì)溶液的耐腐蝕性(通過在銅基材的表面上具有鎳(Ni)單層或者鎳(Ni)-鉻(Cr)合金層的常規(guī)電極端子是不能獲得的)，因此，可以實(shí)現(xiàn)具有高功率、高效率和高耐久性的電化學(xué)裝置。

在下文，參考圖2至圖4，闡明了通過分別應(yīng)用根據(jù)實(shí)施方式的電極端子所制造的電化學(xué)裝置。

參考圖2至圖4，出于方便，實(shí)施方式的各個(gè)電化學(xué)裝置通過具有各個(gè)形狀的鋰離子電池舉例來闡明，但是電極端子不限于此，且可以被用來電連接各種電池，即，原電池或太陽能電池，以及一種以上的電化學(xué)裝置。在下文中根據(jù)另一實(shí)施方式描述了電極端子的該用途。

圖2是示出包括根據(jù)示例性實(shí)施方式的電極端子的圓柱狀電池的示意圖，圖3是示出包括根據(jù)示例性實(shí)施方式的電極端子的棱柱狀電池的示意圖，以及圖4是示出包括根據(jù)示例性實(shí)施方式的電極端子的聚合物電池的示意圖。

參考圖2至圖4，電極端子可以分別在圓柱狀電池101、棱柱狀電池102和聚合物電池103中被用作負(fù)端子51、負(fù)端子52和負(fù)端子53。

圖2至圖4的電化學(xué)裝置101、電化學(xué)裝置102和電化學(xué)裝置103根據(jù)每一外殼形狀通?？删哂胁煌男螤?，但基本上由相同的部件(例如，通過合并正電極、負(fù)電極以及夾在正電極和負(fù)電極之間的隔板所獲得的電極組件11、電極組12和電極組13，外殼21、外殼22和外殼23，分別與電極組件11、電極組件12和電極組件13電連接的正端子41、正端子42和正端子43，以及分別與電極組件11、電極組件12和電極組件13電連接的負(fù)端子51、負(fù)端子52和負(fù)端子53)組成。

在鋰離子電池中，正電極通過如下步驟來制造：用導(dǎo)電材料和以漿料狀態(tài)的粘合劑將正極活性材料(即，插入以及脫嵌鋰離子的鋰金屬氧化物，例如LiCoO₂等)涂覆在由鋁(Al)等所形成的集電體上，然后將其干燥并且將它們壓縮；以及負(fù)電極通過如下步驟來制造：用以漿料狀態(tài)的粘合劑將可逆地插入/脫嵌鋰離子的負(fù)極活性材料(例如，碳基材料，如石墨、碳納米粒、硬碳、軟碳、介觀相瀝青碳化的產(chǎn)品(mesophase pitch carbonized product)、焦炭等，硅(Si)、錫(Sn)等)涂覆由銅等所形成的集電體上，然后將其干燥并且將它們壓縮。

導(dǎo)電材料改善了電極的導(dǎo)電性，任何電學(xué)上導(dǎo)電的材料可以被用作導(dǎo)電材料，除非其引起化學(xué)變化。示例可以是天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纖維、金屬粉末或銅、鎳、鋁、銀等的金屬纖維，或者例如聚苯醚衍生物等的導(dǎo)電材料。

粘合劑改善了正極活性材料顆粒與彼此以及與集電體的粘合性能，粘合劑的示例可以是聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、二乙?；w維素、聚氯乙烯、羧基化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含乙烯氧化物的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡膠、丙烯酸化的丁苯橡膠、環(huán)氧樹脂、尼龍等，但不限于此。

隔板可以包括在常規(guī)鋰電池中常用的任何材料，只要其隔開負(fù)電極和正電極并且提供鋰離子的輸送通道即可。換句話說，隔板具有對離子輸送的低的抗性以及優(yōu)異的電解質(zhì)溶液的浸漬性。例如，隔板可以選自玻璃纖維、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、或其組合。隔板可以具有非織造纖維或織造纖維的形式。例如，在鋰離子電池中，主要使用基于聚烯烴聚合物(例如聚乙烯和聚丙烯)的隔板。為了確保耐熱性或機(jī)械強(qiáng)度，可以使用包括陶瓷成分或聚合物材料的涂覆隔板?？蛇x地，隔板可具有單層的結(jié)構(gòu)或多層的結(jié)構(gòu)。

在此處，在負(fù)電極和正電極中，集電體的一部分沒有被正極活性材料和負(fù)極活性材料涂覆而是被剩留然后分別與正端子和負(fù)端子連接，使得正端子和負(fù)端子可以分別與各個(gè)電極連接。

另一方面，圓柱狀電池101通過如下步驟來制造：將電極組件11纏繞成果醬卷形狀，將該果醬卷形狀的電極組件11容納在圓柱狀外殼21中，然后連接在外殼21的頂部上的帽組件31。

具有在正電極中沒有被正極活性材料涂覆的集電體的一部分的正端子41的一端以及具有在負(fù)電極中沒有被負(fù)極活性材料涂覆的集電體的一部分的負(fù)端子51的一端分別通過電阻焊接、超聲焊接、激光焊接等被焊接。

此外，具有正集電體和帽組件31的正端子41的另一端以及具有負(fù)集電體和圓柱狀電池101的下表面的負(fù)端子51的另一端分別通過電阻焊接、超聲焊接、激光焊接等被焊接。因此，正端子41與正電極和外殼上的帽連接，以及負(fù)端子51可以與負(fù)電極和電池的下表面連接。

棱柱狀電池102通過如下步驟被制造：將電極組件12纏繞成果醬卷形狀，將果醬卷形狀的電極組件容納到棱柱狀外殼22中，然后連接在外殼22上的帽組件32。

具有在正電極中沒有被正極活性材料涂覆的集電體的一部分的正端子42的一端和具有在負(fù)電極中沒有被負(fù)極活性材料涂覆的集電體的一部分的負(fù)端子52的一端分別通過電阻焊接、超聲焊接、激光焊接等被焊接。

此外，具有正集電體和帽組件32的正端子42的另一端以及具有負(fù)集電體和帽組件32的負(fù)端子52的另一端分別通過電阻焊接、超聲焊接、激光焊接等被焊接。帽組件32包括第一區(qū)域32a和第二區(qū)域32b，以及如圖3中所示，正端子42可以被電連接到第一區(qū)域32a而負(fù)端子52可以被電連接到第二區(qū)域32b。

聚合物電池103通過以下步驟被制造：將所夾的電極組件13容納在袋形外殼23中，以及通過電阻焊接、超聲焊接、激光焊接等，分別將正端子43與在正電極中沒有被正極活性材料涂覆的集電體的一部分焊接，以及將負(fù)端子53與在負(fù)電極中沒有被負(fù)極活性材料涂覆的集電體的一部分焊接。此外，通過分別將由聚丙烯等所形成的絕緣密封膠33貼在各個(gè)面向彼此的正端子43和負(fù)端子53的兩者的表面上且將絕緣密封膠33粘附在外殼23上，正端子43和負(fù)端子53可以被固定到外殼23中。

于是，外殼23被粘結(jié)和密封以將電極組件13與外部隔離。在此處，正端子43和負(fù)端子53分別從袋形外殼23凸出，以及與外部電連接。

通過該方式，對于圓柱狀可充電電池101、棱柱狀可充電電池102和聚合物電池103中的每一者，根據(jù)實(shí)施方式的電極端子分別可被用作負(fù)端子51、負(fù)端子52和負(fù)端子53。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式，電極端子包括金屬層，該金屬層包括鎢和異種金屬的合金，因此該電極端子可具有改善的焊接加工性且可以容易地焊接到圓柱狀外殼101的下表面、帽組件32、在電極組件11、電極組件21和電極組件31中的負(fù)電極等。

此外，根據(jù)一個(gè)實(shí)施方式的電極端子具有高的導(dǎo)電性、優(yōu)異的抗氧化性和耐腐蝕性，因此當(dāng)暴露到包括強(qiáng)酸(例如氫氟酸(HF)等)的電解質(zhì)溶液以及空氣中的水蒸氣時(shí)，因此該電極端子不被腐蝕，從而可以實(shí)現(xiàn)具有高功率、高效率和高耐久性的電化學(xué)裝置。

在下文中，參考圖5，闡明了根據(jù)另一實(shí)施方式的電化學(xué)裝置模塊。

圖5是示出電化學(xué)裝置模塊的透視圖，其中根據(jù)另一個(gè)實(shí)施方式多個(gè)電化學(xué)裝置被電連接。

電化學(xué)裝置模塊1000包括多個(gè)電化學(xué)裝置101和將多個(gè)電化學(xué)裝置101電連接的多個(gè)電極端子50。如以上實(shí)施方式所示，電極端子50可以包括銅基材和鍍在銅基材上的鎢基合金層。

另一方面，在圖5中，各個(gè)電化學(xué)裝置101被示出為前述圖2的圓柱狀電池，但不限于此，且可以是棱柱狀電池或聚合物電池而在形狀方面沒有任何特別的限制。

多個(gè)電化學(xué)裝置101可以分別在第一方向(D1)上和垂直于第一方向(D1)的第二方向(D2)上以矩陣形式設(shè)置。

多個(gè)電化學(xué)裝置101可以被設(shè)置成通過在第一方向(D1)上的電極端子50與具有相反極性的相鄰電化學(xué)裝置101電連接。

換句話說，電極端子50連接電化學(xué)裝置10的交替相鄰的負(fù)電極和正電極的上表面和下表面，使得電化學(xué)裝置模塊1000的多個(gè)電化學(xué)裝置101可以在第一方向上全部以串聯(lián)聯(lián)接。

另一方面，第一方向(D1)上以串聯(lián)聯(lián)接的多個(gè)電化學(xué)裝置可以在第二方向(D2)上并聯(lián)設(shè)置。

通過該方式，電極端子50被設(shè)置成在電化學(xué)裝置模塊1000中的第一方向(D1)上將電化學(xué)裝置101串聯(lián)聯(lián)接，在該電化學(xué)裝置模塊1000中，相鄰的電化學(xué)裝置101的正電極和負(fù)電極交替地設(shè)置在第一方向(D1)上，以及電極端子50與在第二方向(D2)上設(shè)置的電化學(xué)裝置101隔開，該電化學(xué)裝置101在第二方向(D2)上可以并聯(lián)聯(lián)接。換句話說，電化學(xué)裝置模塊1000可以在第一方向(D1)上具有串聯(lián)電連接以及在第二方向(D2)上具有并聯(lián)電連接。

然而，電極端子50可以不必通過該方式設(shè)置，但根據(jù)電化學(xué)裝置101的設(shè)置可以不同地設(shè)置。換句話說，例如，電化學(xué)裝置101可以被設(shè)置成在第一方向(D1)上具有相同的極性但是在第二方向(D2)上具有相反的極性，以及電極端子50可以電連接電化學(xué)裝置101中具有相同極性的電極。

通過該方式，如圖5中所示，另一實(shí)施方式可提供具有以下結(jié)構(gòu)的電化學(xué)裝置模塊1000：在該結(jié)構(gòu)中,相鄰的電化學(xué)裝置101通過電極端子50在第一方向(D1)上串聯(lián)連接，而在第二方向(D2)上相鄰的電化學(xué)裝置101以并聯(lián)設(shè)置。

此外，電連接各個(gè)電化學(xué)裝置101的電極端子50包括鎢基合金且因此可具有優(yōu)異的導(dǎo)電性和耐腐蝕性，從而實(shí)現(xiàn)具有高功率、高效率和高耐久性的電化學(xué)裝置模塊1000。

在下文中，參考實(shí)施例，更詳細(xì)地闡明實(shí)施方式。實(shí)施例涉及包括電極端子50的聚合物電池103的制造和評價(jià)。然而，這些實(shí)施例在任何意義上不應(yīng)該理解成限制本發(fā)明的范圍。并且，在該公開中沒有被描述的可以被本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員充分理解且此處將不再闡明。

(電極端子的制造)

實(shí)施例1

根據(jù)日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)No.C1100且以壓縮方法制造的0.1mm厚度和4mm寬度的具有99.96％純度的銅箔被浸泡在脫脂溶液中。浸泡在脫脂溶液中的銅箔被連接到負(fù)電極，JIS No.SUS 304的不銹鋼電極被用作正電極，其在25℃±5℃下以及在1A/dm²的電流密度下電解脫脂持續(xù)2分鐘。電解脫脂的銅箔用蒸餾水清洗然后浸漬在常用的蝕刻液中持續(xù)60秒以蝕刻其表面。表面蝕刻的銅箔用蒸餾水清洗以獲得銅基材。

另一方面，鎢(W)-鎳(Ni)合金-鍍液通過如下步驟來制備：將鎢酸鈉二水合物(Na₂WO₄·2H₂O，Sigma-Aldrich Co.)和硫酸鎳六水合物(NiSO₄·6H₂O，Sigma-Aldrich Co.)溶解在水中直到鎢(W)與鎳(Ni)的離子含量比率(鎢離子∶鎳離子)變成70∶30(wt％)。

銅基材被浸漬在含有500mL的鎢(W)-鎳(Ni)合金鍍液的鍍浴中且被連接到負(fù)電極，不銹鋼電極具有與正電極相同的JIS：SUS 304標(biāo)準(zhǔn)，然后在60℃±5℃下以及在0.8A/dm²的電流密度下持續(xù)鍍10分鐘以制造包括由鎢(W)-鎳(Ni)二元合金形成的金屬層的電極端子。

實(shí)施例2

根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造電極端子，除了使用具有50∶50(wt％)的離子含量比(鎢(W)∶鎳(Ni))的鎢(W)-鎳(Ni)合金鍍液不同。

實(shí)施例3

根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造電極端子，除了使用具有30∶70(wt％)的離子含量比(鎢(W)∶鎳(Ni))的鎢(W)-鎳(Ni)合金鍍液不同。

實(shí)施例4

根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造電極端子，除了使用通過以下步驟制備的鎢(W)-鎳(Ni)-銀(Ag)合金鍍液不同：將鎢酸鈉二水合物(Na₂WO₄·2H₂O，Sigma-Aldrich Co.)、硫酸鎳六水合物(NiSO₄·6H₂O，Sigma-Aldrich Co.)和硝酸銀(AgNO₃，Sigma-Aldrich Co.)溶解在水中以具有50∶40∶10(wt％)的鎢離子∶鎳離子∶銀離子的含量比。

比較實(shí)施例1

根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造電極端子，除了使用通過使用硫酸鎳六水合物(NiSO₄·6H₂O，Sigma-Aldrich Co.)所制備的鎳(Ni)鍍液不同。

比較實(shí)施例2

根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造電極端子，除了使用通過以下步驟制備的鎳(Ni)-鉻(Cr)合金鍍液不同：將硫酸鎳六水合物(NiSO₄·6H₂O，Sigma-AldrichCo.)和重鉻酸鉀(K₂Cr₂O₇，Sigma-Aldrich Co.)混合以具有70∶30(wt％)的離子含量比(鎳(Ni)∶鉻(Cr))。

比較實(shí)施例3

根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造電極端子，除了使用通過以下步驟制備的鎳(Ni)-鋅(Zn)合金鍍液不同：將硫酸鎳六水合物(NiSO₄·6H₂O，Sigma-Aldrich Co.)和包括鋅的前體混合以具有70∶30(wt％)的離子含量比(鎳(Ni)∶鋅(Zn))。

比較實(shí)施例4

根據(jù)與比較實(shí)施例3相同的方法制造電極端子，除了使用通過使用鎳(Ni)-鋅(Zn)合金鍍液以具有30∶70(wt％)的離子含量比(鎳(Ni)∶鋅(Zn))不同。

比較實(shí)施例5

根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造電極端子，除了使用鎢(W)-鎳(Ni)合金鍍液以具有90∶10(wt％)的離子含量比(鎢(W)∶鎳(Ni))不同。

比較實(shí)施例6

根據(jù)與實(shí)施例1相同的方法制造電極端子，除了使用鎢(W)-鎳(Ni)合金鍍液以具有10∶90(wt％)的離子含量比(鎢(W)∶鎳(Ni))不同。

評價(jià)1：金屬層的厚度

通過使用XRF(X-ray熒光)光譜，測量根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4以及比較實(shí)施例1至比較實(shí)施例6的各個(gè)電極端子中所鍍的金屬層的厚度，結(jié)果在表1中示出。

評價(jià)2：金屬層表面的元素分析

通過使用X射線能量色散譜(EDS)，關(guān)于根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4以及比較實(shí)施例1至比較實(shí)施例6的各個(gè)電極端子的金屬層的表面，進(jìn)行各元素分析，結(jié)果在表1中示出。

圖6是示出關(guān)于在根據(jù)實(shí)施例3的金屬層的表面的EDS(X射線能量色散譜)元素分析結(jié)果的譜圖。參考圖6，根據(jù)實(shí)施例3的電極端子的金屬層包括作為表面上主要組分的鎳和鎢。在圖6中，由雜質(zhì)引起碳(C)的不純度。此外，圖6示出銅(Cu)小的峰值，該小的峰值由電極端子的銅基材引起。

評價(jià)3：電極端子的導(dǎo)電性

通過使用四點(diǎn)探針法測量根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4以及比較實(shí)施例1至比較實(shí)施例6的各個(gè)電極端子的導(dǎo)電性，以及結(jié)果在表1中示出。

評價(jià)4：金屬層的耐腐蝕性

評價(jià)根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4以及比較實(shí)施例1至比較實(shí)施例6的各個(gè)電極端子的耐腐蝕性。具體地，各個(gè)電極端子被浸漬在包括5000ppm H₂O的電解質(zhì)溶液(包括1.0M的LiPF₆和以1∶1∶1體積比的碳酸亞乙酯(EC)∶碳酸二乙酯(DEC)∶碳酸甲乙酯(MEC)的混合液)中且允許靜置24小時(shí)，然后測量金屬層被剝離的區(qū)域，結(jié)果在表1中示出。

評價(jià)5：絕緣密封膠的粘附性

0.1mm厚度、4mm寬度、和6mm長度的聚丙烯絕緣密封膠(密封膠膜)分別被設(shè)置在各個(gè)電極端子的兩個(gè)相對側(cè)然后將它們熱焊接，然后電極端子被浸泡在評價(jià)4的包括5000ppmH₂O的電解質(zhì)溶液(包括1.0M的LiPF₆和以1∶1∶1體積比的碳酸亞乙酯(EC)∶碳酸二乙酯(DEC)∶碳酸甲乙酯(MEC)的混合液)中且允許靜置24小時(shí)。隨后，電極端子從電解質(zhì)溶液中取出并且干燥，在一個(gè)表面上的絕緣密封膠被剝離并且固定在抗拉強(qiáng)度計(jì)(Model TO-100-IC，Test One)的一側(cè)上，同時(shí)端子被固定在另一側(cè)上，然后測量粘附力同時(shí)絕緣密封膠從電極端子的表面脫離，結(jié)果在表1中示出。

評價(jià)6：銅基材的超聲波焊接性能

根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4以及比較實(shí)施例1至比較實(shí)施例6的各個(gè)電極端子與10片10μm厚、6mm寬和5cm長的銅箔重疊然后使用超聲波焊接機(jī)(Branson，20kHz)將它們焊接。通過將10片銅箔固定在抗拉強(qiáng)度計(jì)(Model TO-100-IC，Test One)的一側(cè)上以及將端子固定在另一側(cè)上，然后去除焊接區(qū)域，來測量焊接力，結(jié)果在表1中示出。

[表1]

參考表1，作為鎢(W)和鎳(Ni)的二元合金，通過使用分別調(diào)整成具有離子含量比70∶30、50∶50和30∶70的各個(gè)鍍液，實(shí)施例1至實(shí)施例3在它們的鍍層中具有的鎢∶鎳元素含量比分別是68∶32、47∶53和28∶72。

作為鎢(W)-鎳(Ni)-銀(Ag)三元合金，通過使用具有50∶40∶10的離子含量比的鍍液，實(shí)施例4示出鎢(W)∶鎳(Ni)∶銀(Ag)的最終的元素含量比47∶44∶9。

換句話說，從通過各個(gè)金屬的電鍍加工性引起的鍍液的離子含量比，所鍍的金屬層的元素含量比被改變。

參考表1，與根據(jù)比較實(shí)施例1至比較實(shí)施例4的不包括鎢(W)的金屬層相比，根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例3的由鎢(W)-鎳(Ni)二元合金形成的金屬層呈現(xiàn)出改善50％的導(dǎo)電性。此外，與根據(jù)比較實(shí)施例1和比較實(shí)施例2的金屬層相比，根據(jù)實(shí)施例4的由鎢(W)-鎳(Ni)-銀(Ag)三元合金形成的金屬層呈現(xiàn)出100％的改善以及由此呈現(xiàn)優(yōu)異的導(dǎo)電性。

根據(jù)比較實(shí)施例1至比較實(shí)施例4的金屬層相比，根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4的包括鎢(W)的金屬層根本沒有被電解質(zhì)溶液剝離，因此，分別包括金屬層的各個(gè)電極端子被抑制腐蝕，即使當(dāng)暴露到包括強(qiáng)酸、強(qiáng)堿等的電解質(zhì)溶液時(shí)。

實(shí)施例1至實(shí)施例4示出比較實(shí)施例1至比較實(shí)施例4強(qiáng)四倍的絕緣密封膠對金屬層的粘合力，因此，根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4的電極端子由于優(yōu)異的粘合性能可以被應(yīng)用到聚合物電池。

另一方面，比較實(shí)施例5的金屬層包括鎢，但是包括以小于10wt％，具體地7wt％的小的鎢含量。與根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4的電極端子相比，根據(jù)比較實(shí)施例5的電極端子的金屬層的區(qū)域的54％被剝離。

相反，比較實(shí)施例6的金屬層包括大于80wt％的大的鎢含量，具體地，86wt％的鎢含量。與根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4的電極端子相比，比較實(shí)施例6的金屬層用0.2kgf的非常低的超聲波強(qiáng)度焊接。

換句話說，將比較實(shí)施例5和比較實(shí)施例6與實(shí)施例1至實(shí)施例4比較，金屬層應(yīng)該包括，例如，大于或等于10wt％，大于或等于12wt％，大于或等于14wt％，大于或等于16wt％，或大于或等于20wt％，且例如，小于或等于80wt％，小于或等于78wt％，小于或等于76wt％，小于或等于74wt％，或小于或等于72wt％的鎢含量以便由于超聲波焊接方法即使在其中包括鎢也同時(shí)呈現(xiàn)優(yōu)異的加工性和耐腐蝕性。

換句話說，根據(jù)實(shí)施例1至實(shí)施例4的電極端子通過以下步驟制造：在銅基材上形成包括鎢(W)基合金的金屬層，且因此與涂覆有鎳(Ni)、鎳(Ni)-鉻(Cr)合金、或鎳(Ni)-鋅(Zn)合金或者僅涂覆有包括以小于10wt％或大于80wt％的鎢的鎢基合金的常規(guī)電極端子相比呈現(xiàn)優(yōu)異的導(dǎo)電性、耐腐蝕性和加工性。因此，根據(jù)實(shí)施方式的電極端子可以用來實(shí)現(xiàn)具有高功率、高效率、高耐久性的電化學(xué)裝置和電化學(xué)裝置模塊。

(鋰離子聚合物電池單元的制造)

實(shí)施例5

100g的粉末狀態(tài)的石墨與作為粘結(jié)劑的10g的聚偏二氟乙烯(PVdF)混合，然后添加作為溶劑的100ml的N-甲基吡咯烷酮(NMP)以制備漿料。該漿料被涂覆在10μm厚度的銅集電體的兩側(cè)上然后干燥且被壓縮以制造負(fù)電極。負(fù)電極具有120μm的總厚度。

此外，100g的作為活性材料的粉末狀態(tài)的LiCoO₂、2g的炭黑作為導(dǎo)電劑、和2g的作為粘合劑的聚偏二氟乙烯(PVdF)被混合，然后添加100ml的作為溶劑的N-甲基吡咯烷酮(NMP)以制備漿料。該漿料被涂覆在20μm厚度的鋁集電體的兩側(cè)上然后干燥且被壓縮以制造正電極。該正電極具有200μm的總厚度。

在將負(fù)電極和正電極切割成預(yù)定的尺寸之后，使得來自各個(gè)集電體的沒有被涂覆漿料的區(qū)域可以在一個(gè)方向上凸出以及相應(yīng)地充當(dāng)正電極片和負(fù)電極片，正電極片和負(fù)電極片在140℃的真空爐中被維持5小時(shí)然后干燥以具有小于1000ppm的含水量。

通過將多個(gè)負(fù)電極、多個(gè)正電極、和通過在被干燥的負(fù)電極和正電極之間20μm厚度的多孔聚乙烯隔板的沉積的多個(gè)隔板疊置，制造具有連續(xù)的負(fù)電極/隔板/正電極/隔板/負(fù)電極結(jié)構(gòu)的板型電極組件。

于是，分別從多個(gè)正電極凸出的正電極片被物理上和電學(xué)上連接到以超聲波焊接方法由鋁(Al)制成的電極端子。此外，分別從多個(gè)負(fù)電極凸出的負(fù)電極片被物理上和電學(xué)上連接到以超聲波焊接方法根據(jù)實(shí)施例1由鎢(W)合金制成的電極端子。

隨后，具有2Ah級別容量的鋰離子聚合物電池單元通過如下步驟制造：將具有板型疊置結(jié)構(gòu)的電極組件容納在具有溝槽的袋形外殼中，將連接到正電極片和負(fù)電極片且彼此相對的電極的兩側(cè)分別附接到具有密封膜的袋型外殼，將包括在以1∶1∶1體積比的碳酸亞乙酯(EC)∶碳酸二乙酯(DEC)∶碳酸甲乙酯(MEC)的混合溶劑中的1.2M的LiPF₆的電解質(zhì)溶液注入外殼中，然后將外殼密封。

實(shí)施例6

以與實(shí)施例5相同的方法制造鋰離子聚合物電池單元，除了將根據(jù)實(shí)施例2的電極端子用作負(fù)端子不同。

實(shí)施例7

以與實(shí)施例5相同的方法制造鋰離子聚合物電池單元，除了將根據(jù)實(shí)施例3的電極端子用作負(fù)端子不同。

實(shí)施例8

以與實(shí)施例5相同的方法制造鋰離子聚合物電池單元，除了將根據(jù)實(shí)施例4的電極端子用作負(fù)端子不同。

比較實(shí)施例7

以與實(shí)施例5相同的方法制造鋰離子聚合物電池單元，除了將根據(jù)比較實(shí)施例1的電極端子用作負(fù)端子不同。

比較實(shí)施例8

以如實(shí)施例5相同的方法制造鋰離子聚合物電池單元，除了將根據(jù)比較實(shí)施例2的電極端子用作負(fù)端子不同。

評價(jià)7：鋰離子聚合物電池單元的DC電阻

根據(jù)實(shí)施例5至實(shí)施例8以及比較實(shí)施例7和比較實(shí)施例8的鋰離子聚合物電池單元通過使用充電/放電器(通用材料技術(shù)有限公司，Universal Material Technology Co.,Ltd)以1C(2A)的放電電流從最大充電量被放電30％，然后被暫停1小時(shí)以穩(wěn)定電壓。然后，鋰離子聚合物電池單元利用5C(10A)的放電電流被脈沖放電持續(xù)10秒以獲得電壓降，根據(jù)歐姆定律計(jì)算DC電阻，結(jié)果在表2中示出。

評價(jià)8：鋰離子聚合物電池單元的放電特性

據(jù)實(shí)施例5至實(shí)施例8以及比較實(shí)施例7和比較實(shí)施例8的鋰離子聚合物電池單元的1C和5C的放電容量在室溫下測量，計(jì)算5C放電容量與1C放電容量的比率，在表2中示出結(jié)果。在表2中，1C放電容量指示單元分別放電持續(xù)1小時(shí)的容量，以及5C放電容量指示單元分別放電持續(xù)1/5小時(shí)的容量。

[表2]

參考表2，實(shí)施例5至實(shí)施例8呈現(xiàn)比比較實(shí)施例7和比較實(shí)施例8低10％至40％的DC電阻，以及因此具有改善的性能。

此外，實(shí)施例5至實(shí)施例8的1C放電容量和5C放電容量具有對應(yīng)于2000mAh的高功率特性，5C放電容量與1C放電容量的比率在93.9％至96.5％的范圍中，因此，與比較實(shí)施例7和比較實(shí)施例8相比，實(shí)施例5至實(shí)施例8具有改善10％至30％的高效率特性。

換句話說，根據(jù)實(shí)施方式的具有優(yōu)異導(dǎo)電性和耐腐蝕性的電極端子可以被用作負(fù)端子以實(shí)現(xiàn)具有高功率和高效率的電化學(xué)裝置。

盡管結(jié)合目前被視為實(shí)用的示例性實(shí)施方式的實(shí)施方式已經(jīng)描述了本發(fā)明，然而應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施方式，相反，本發(fā)明旨在覆蓋在所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)所包括的各個(gè)變型和等同布置中。