[发明专利]具有新型结构的电极组件和使用其的二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有新型结构的电极组件和使用其的二次电池。更特别地，本发明涉及具有如下结构的集成电极组件：将正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔离层相互集成，其中所述隔离层具有多层结构，所述多层结构包括至少一种包含液相组分和聚合物基体的两相电解质和至少一种包含液相组分、固相组分和聚合物基体的三相电解质，其中所述隔离层的聚合物基体结合到所述正极或所述负极，且在制造所述电极组件的过程中所述隔离层的液相组分部分地引入电极中。

背景技术

由于因化石燃料的耗尽而导致能源价格提高且对环境污染的关注日益增加，所以对环境友好的替代能源的需求必定在未来生活中发挥越来越重要的作用。由此，持续对各种发电技术如核能、太阳能、风能和潮汐能等进行研究，且用于更有效使用产生的能量的电力存储装置也引起了更多的关注。作为这些电力存储装置，主要使用二次电池。其中，特别地，锂二次电池主要用于便携式装置中，由于轻质、高电压且高容量而对其需求增加，且锂二次电池的用途逐渐扩展至诸如电动车辆、混合电动车辆以及通过智能电网技术的辅助电源的应用。

然而，为了将锂二次电池用作高容量电源，仍需要解决许多问题，且最主要的问题是提高能量密度和安全性。另外，由于大规模面积和制造时间缩短造成的润湿均匀性问题也是要解决的最重要的问题之一。因此，许多研究人员集中对具有更高能量密度并在低成本下制造的材料进行了研究，还对提高安全性的材料进行了许多研究。

作为提高能量密度的材料，已经对比常规使用的LiCoO₂具有更高容量的Ni基材料、Mn基材料等进行了研究，且正在对通过Li合金反应以代替使用Si、Sn等的常规嵌入反应且不使用现有石墨基材料来形成负极的材料进行研究。

为了提高安全性，正在对稳定的橄榄石类正极活性材料如LiFePO₄、负极活性材料如Li₄Ti₅O₁₂等进行研究。然而，用于提高安全性的这种材料从根本上具有低的能量密度，且不能从根本上解决由锂二次电池的结构造成的安全性方面的问题。

二次电池的安全性大致可以分为内部安全性和外部安全性，还可分为电安全性、撞击安全性、热安全性等。在这些不同的安全性问题中，当发生问题时温度升高，且在此情况中，通常使用的拉伸隔膜不可避免地发生收缩。

因此，许多研究人员提出了全固态型电池以解决安全性问题，但这种电池由于其几个问题而不能代替商购获得的电池。

首先，目前使用的电极活性材料处于固体状态，当使用固体电解质或聚合物电解质时，固体电解质或聚合物电解质与用于迁移锂的电极活性材料之间的接触表面非常小。结果，尽管固体电解质或聚合物电解质自身的电导率为10^-5s/cm，这与液体电解质的电导率相当，但其离子传导率非常低。第二，基于这种原因，固体之间的界面或固体与聚合物之间的界面处产生的离子传导率不可避免地进一步下降。第三，在电池制造中粘合强度是重要的，即使使用具有高传导率的固体电解质，仍需要使用聚合物粘合剂，这造成离子传导率进一步下降。第四，为了制造电池，仅隔离层不要求离子传导率。为了提高电极的离子传导率，正极活性材料和负极活性材料也要求用于提高离子传导率的材料，且当将固体电解质或聚合物电解质用作电极组分时，容量下降。

因此，迫切需要开发一种防止由于隔膜收缩而造成短路并具有优异电性能的电池。

发明内容

技术问题

本发明的目的是解决相关技术的上述问题，并实现长期追求的技术目标。

由此，本申请的发明人进行了细致的研究并进行了各种实验，因此，开发了使用如下隔离层的集成电极组件，所述隔离层具有包含两相电解质和三相电解质的多层结构，并且，本申请的发明人确认，集成电极组件可防止由于隔膜收缩而造成的短路，并在制造电极组件的过程中将隔离层的液相组分引入电极中，由此电极的润湿性质明显提高，导致离子传导率提高，由此完成了本发明。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种具有如下结构的集成电极组件：正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔离层相互集成，

其中所述隔离层具有多层结构，所述多层结构包含：至少一种包含液相组分和聚合物基体的两相电解质和至少一种包含液相组分、固相组分和聚合物基体的三相电解质，

其中所述隔离层的聚合物基体结合到所述正极或所述负极，且

在制造所述电极组件的过程中，将所述隔离层的液相组分部分地引入电极中。