線纜型二次電池及其制備方法技術

本發明專利技術提供具有預定形狀的水平橫截面且在縱向上延伸的線纜型二次電池，其包含：中空芯部，其具有注入其中的凝膠聚合物電解質；內電極，其包含圍繞所述中空芯部的外表面的內集電器和在所述內集電器的表面上形成的內電極活性材料層；隔離層，其圍繞所述內電極的外表面；外電極，其包含圍繞所述隔離層的外表面的外電極活性材料層和圍繞所述外電極活性材料層的外表面的外集電器；和保護涂層。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】線纜型二次電池及其制備方法
本專利技術涉及線纜型二次電池及其制備方法，且更特別地涉及包含其中注入凝膠聚合物電解質的中空芯部的可自由變形的線纜型二次電池及制備所述線纜型二次電池的方法。
技術介紹
在電化學裝置之中通常已知的二次電池為通過將外部電能轉化成化學能形式而儲存外部電能且隨后在需要時發電的裝置。二次電池被稱作“可充電電池”，是指其能夠多次再充電，并且與使用一次就廢棄的一次電池相比，其提供經濟優勢和環境優勢。作為二次電池，已知鉛酸電池、鎳-鎘(NiCd)電池、鎳金屬氫化物(NiMH)電池、鋰(Li)離子電池和Li離子聚合物電池。隨著無線通信技術的逐漸發展，已經需要便攜式裝置如筆記本和移動電話或者汽車部件中的重量減輕。結果，對于作為這些裝置的能源使用的二次電池的需求增加。二次電池通過將由負極、正極和隔膜組成的電極組件置于圓柱形或棱柱形金屬罐或者由鋁層壓片形成的袋型殼中，隨后向其中注入電解質來制備。因為二次電池主要以圓柱型、棱柱型或袋型結構形成，所以本質上需要用于安裝這些二次電池的預定空間。因此，便攜式裝置的開發可能受到限制。近來，已經需要可容易地變形的新型二次電池，且為了滿足該需求，已經提出了其中長度對橫截面直徑的比率非常大的線性電池如線纜型電池。具體地，線纜型二次電池由具有預定形狀水平橫截面且在縱向上延伸的內電極、在該內電極的外表面上形成且充當離子通道的電解質層、通過圍繞該內電極和該電解質層而形成的外電極以及繞該外電極布置的保護涂層構成。因為線纜型二次電池具有柔性以及線性結構，所以線纜型二次電池可以自由變形。另外，因為在管型外電極中包含多個內電極，所以線纜型二次電池可以具有高電池倍率。另外，因為內電極和外電極之間的電容平衡可以通過調節內電極的數目而容易地控制并且在內電極中形成電解質層，所以可以防止電極之間的短路。然而，因為在線纜型二次電池中主要使用液態的電解質，所以不僅有機溶劑的揮發可能性可能很高，而且也可能發生由于環境溫度和電池本身溫度的增加而引起的燃燒和電解液滲漏。因此，電池的穩定性可能差。在將聚合物電解質用作電解液以改善上述限制的情況下，電解質可能難以流入電極活性材料中，因此電池的電阻可能增加且容量特性和周期特性可能劣化。因此，迫切需要開發其中注入有電解質的新型構造的線纜型二次電池，其可以通過防止典型電解質的滲漏且在電極和電解質之間形成穩定的界面而改善電池性能。
技術實現思路
技術問題本專利技術提供可自由變形的線纜型二次電池，其通過經由包含其中注入有凝膠聚合物電解質的中空芯部防止電解液滲漏而具有改善的電池穩定性。本專利技術還提供制備所述線纜型二次電池的方法。技術方案根據本專利技術的一方面，提供具有預定形狀的水平橫截面且在縱向上延伸的線纜型二次電池，包含：中空芯部，其具有注入其中的凝膠聚合物電解質；內電極，其包含圍繞所述中空芯部的外表面的開放結構的內集電器和在所述內集電器的表面上形成的內電極活性材料層；隔離層，其圍繞所述內電極的外表面；外電極，其包含圍繞所述隔離層的外表面的外電極活性材料層和圍繞所述外電極活性材料層的外表面的外集電器；和保護涂層。有利效果根據本專利技術，因為包含具有注入其中的凝膠聚合物電解質的中空芯部，所以不僅可以防止電解質滲漏，而且可以在電極和電解質之間形成穩定的界面。因此，可以制備具有穩定性和高性能特性的線纜型二次電池。附圖說明本說明書所附的以下圖通過實例示出了本專利技術的優選實例，并與下文給出的本專利技術的詳細描述一起用于使得能夠進一步理解本專利技術的技術理念，因此，不應僅用這些圖中的內容對本專利技術進行解釋。圖1和圖2為示出根據本專利技術的實施方式制備的線纜型二次電池的橫截面圖；圖3為示出根據本專利技術的實驗例1的電化學穩定性的測量結果的圖；及圖4A和圖4B為示出根據本專利技術的實驗例2的電化學穩定性的測量結果的圖。具體實施方式具體地，根據本專利技術的一個實施方式，注入所述中空芯部中的凝膠聚合物電解質可以包含含有離子鹽和交聯聚合物的有機電解液。在這種情況下，在所述有機電解液中包含的離子鹽可以為選自以下的一種或多種鋰鹽：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷鋰、低級脂族羧酸鋰和四苯基硼酸鋰。另外，所述有機電解液的實例可以是選自以下的一種或多種有機電解液：碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)、碳酸亞丁酯(BC)、碳酸亞乙烯酯(VC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、甲酸甲酯(MF)、γ-丁內酯(γ-BL)、環丁砜、乙酸甲酯(MA)和丙酸甲酯(MP)。另外，所述交聯聚合物可以包含具有兩個以上官能團的單體、或者通過具有兩個以上官能團的單體與具有一個官能團的極性單體在熱引發劑的存在下的聚合反應獲得的(共)聚合物。在這種情況下，所述熱引發劑可以包含過氧化苯甲酰或偶氮二異丁腈(AIBN)。基于上述單體的總重量，所述熱引發劑可以以約3重量%以下的量包含，且例如可以以約0.5重量%～約3重量%的量包含。另外，所述具有兩個以上官能團的單體可以包含選自以下的一種或多種單體：乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、聚酯二甲基丙烯酸酯、二乙烯基醚、三羥甲基丙烷、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和乙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯。另外，所述具有一個官能團的極性單體可以包含選自以下的一種或多種單體：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙二醇甲基醚丙烯酸酯、乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯、氯乙烯和氟乙烯。基于所述有機電解液的總重量，可以以約2重量%～約5重量%的量包含所述交聯聚合物。在所述交聯聚合物的量小于2重量%的情況下，因為可能不能形成凝膠型電解質，所以電解質可能不能保持其形式并且可能流動。在所述交聯聚合物的量大于5重量%的情況下，所述凝膠電解質的離子導電率可能因該聚合物的量大而減小。關于在線纜型二次電池中使用的典型聚合物電解質，因為即使滿足離子導電率，鋰離子的反應速率也很低，所以電池性能的實現可能受到抑制。另外，因為所述電解質本身的流動性可能不足，所以所述電解質可能難以通過注入到電池中的中空芯部中而引入。相比之下，在使用本專利技術的凝膠聚合物電解質的情況下，在交聯反應之前凝膠聚合物電解質組分的流動性是優異的。因此，所述凝膠聚合物電解質組分不僅可以通過注入到電池中的中空芯部中以在內電極、隔離層和外電極上均勻地分布所述電解質而引入，而且因為電池中的鋰離子可以容易地移動，所以可以降低電池電阻并且可以改善電池壽命特性和倍率特性。另外，根據本專利技術的一個實施方式，在開放結構中形成所述線纜型二次電池的內集電器，其中所述開放結構的一部分開放而有助于注入到中空芯部中的電解質的滲透。具體地，可以使用任何集電器作為內集電器，只要其具有開放結構即可，其中開放部分充當界面且材料可以通過所述界面從內部自由地移動到外部。例如，所述內集電器可以具有選自卷繞線型集電器和網眼型集電器的一種或多種混合結構。在這種情況下，內集電器可以用于收集由活性材料的電化學反應產生本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種線纜型二次電池，具有水平橫截面且在縱向上延伸，所述線纜型二次電池包含：中空芯部，其具有注入其中的凝膠聚合物電解質；內電極，其包含圍繞所述中空芯部的外表面的開放結構的內集電器和在所述內集電器的表面上形成的內電極活性材料層；隔離層，其圍繞所述內電極的外表面；外電極，其包含圍繞所述隔離層的外表面的外電極活性材料層和圍繞所述外電極活性材料層的外表面的外集電器；和保護涂層。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2012.12.21 KR 10-2012-01511071.一種線纜型二次電池，具有水平橫截面且在縱向上延伸，所述線纜型二次電池包含：中空芯部，其具有注入其中的凝膠聚合物電解質；內電極，其包含圍繞所述中空芯部的外表面的開放結構的內集電器和在所述內集電器的表面上形成的內電極活性材料層；隔離層，其圍繞所述內電極的外表面；外電極，其包含圍繞所述隔離層的外表面的外電極活性材料層和圍繞所述外電極活性材料層的外表面的外集電器；和保護涂層，其中注入所述中空芯部中的所述凝膠聚合物電解質包含含有離子鹽和交聯聚合物的有機電解液。2.根據權利要求1所述的線纜型二次電池，其中所述離子鹽包含選自以下的一種或多種鋰鹽：LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷鋰、低級脂族羧酸鋰和四苯基硼酸鋰。3.根據權利要求1所述的線纜型二次電池，其中所述有機電解液包含選自以下的一種或多種有機溶劑：碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸亞丁酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸二乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、甲酸甲酯、γ-丁內酯、環丁砜、乙酸甲酯和丙酸甲酯。4.根據權利要求1所述的線纜型二次電池，其中所述交聯聚合物包含具有兩個以上官能團的單體、或者通過具有兩個以上官能團的單體與具有一個官能團的極性單體在熱引發劑的存在下的聚合反應獲得的共聚物。5.根據權利要求4所述的線纜型二次電池，其中所述熱引發劑包含過氧化苯甲酰或偶氮二異丁腈(AIBN)。6.根據權利要求4所述的線纜型二次電池，其中所述具有兩個以上官能團的單體包含選自以下的一種或多種單體：乙氧基化三羥甲基丙烷三丙烯酸酯、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、二乙烯基苯、聚酯二甲基丙烯酸酯、二乙烯基醚、三羥甲基丙烷、三羥甲基丙烷三甲基丙烯酸酯和乙氧基化雙酚A二甲基丙烯酸酯。7.根據權利要求4所述的線纜型二次電池，其中所述具有一個官能團的極性單體包含選自以下的一種或多種單體：甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、乙二醇甲基醚丙烯酸酯、乙二醇甲基醚甲基丙烯酸酯、丙烯腈、乙酸乙烯酯、氯乙烯和氟乙烯。8.根據權利要求1所述的線纜型二次電池，其中，基于所述有機電解液的總重量，以2重量％～5重量％的量包含所述交聯聚合物。9.根據權利要求1所述的線纜型二次電池，其中所述內集電器具有選自卷繞線型集電器和網眼型集電器的一種或多種混合結構。10.根據權利要求1所述的線纜型二次電池，其中所述內集電器選自不銹鋼、鋁、鎳、鈦、燒結碳或銅；用碳、鎳、鈦或銀進行了表面處理的不銹鋼；鋁-鎘合金；用導電劑進行了表面處理的不導電聚合物；或導電聚合物。11.根據權利要求1所述的線纜型二次電池，其中所述內電極為負極或正極，且所述外電極為正極或負極，其與所述內電極相對應。12.根據權利要求11所述的線纜型二次電池，其中，在所述內電極為負極的情況下，所述內電極活性材料層包含選自以下的一個或多個負極活性材料層：碳質材料；含鋰的鈦復合氧化物(LTO)；金屬(Me)，包括硅(Si)、錫(Sn)、鋰(Li)、鋅(Zn)、鎂(Mg)、鎘(Cd)、鈰(Ce)、鎳(Ni)或鐵(Fe)；由所述金屬(Me)形成的合金；所述金屬(Me)的氧化物；和所述金屬(Me)與碳的復合材料。13.根據權利要求1所述的線纜型二次電池，其中所述隔離層為隔膜...

【專利技術屬性】
技術研發人員：權友涵，金帝映，鄭惠蘭，李相英，崔根湖，吉恩惠，
申請(專利權)人：株式會社LG化學，
類型：發明
國別省市：韓國;KR