电极组件和包括该电极组件的电化学装置

技术领域

本公开涉及一种电极组件和一种包括该电极组件的电化学装置，并且特别地涉及一种Z字形堆叠型电极组件和一种包括该Z字形堆叠型电极组件的二次电池。

背景技术

近来，对能量存储技术的关注已经增加。随着应用领域扩展到移动电话、摄像机、笔记本PC甚至电动车辆，电池的研究和发展努力正在变得越来越具体。在这方面，电化学装置是最有希望的领域之一，并且特别地随着最近朝向小型化和轻型电子器件的趋势，作为小型、轻型和高容量可再充电电池的二次电池的发展已经是关注的焦点。

二次电池还根据阴极/隔膜/阳极电极组件的结构进行分类。例如，有果冻卷(缠绕型)电极组件，这是与隔膜一起地缠绕的阴极和阳极的长片；和堆叠(堆叠型)电极组件，这是切割成小尺寸单元并且与隔膜顺序地堆叠的多个阴极和阳极。然而，这些传统电极组件具有若干问题。

首先，通过将长阴极和阳极片紧密地缠绕成截面为圆柱形或者椭圆形结构来制成果冻卷电极组件，使得在充电和放电期间由电极的膨胀和收缩引起的应力积聚在电极组件内部，并且当这种应力积聚超过特定限度时，电极组件发生变形。由于电极组件的变形，在电极之间的间隔变得非均匀，从而导致电池性能快速地劣化的问题，并且由于内部短路，电池的安全性受到威胁。另外，因为长片形阴极和阳极必须被缠绕，所以难以在维持恒定距离的同时快速地缠绕阴极和阳极，由此降低了生产率。

第二，堆叠的电极组件要求多个阴极和阳极单元的顺序堆叠，从而要求单独的电极板转移过程来制造这些单元，并且顺序堆叠过程要求大量时间和努力，从而导致低生产率。

图1是示意性地示出堆叠的电极组件的结构的截面视图。

参考图1，作为堆叠的电极组件，已经开发了Z字形堆叠(ZZS)型电极组件1，其中阴极5和阳极7在隔膜3介于其间的情况下被以Z字形方式堆叠。

通过组装以上Z字形堆叠的电极组件并且最后通过热挤压过程固定组装的电极组件来制造电池。此时，在最后的热挤压过程中施加的热量和压力被施加到整个堆叠的电极组件，从而相对于堆叠方向传递到电极组件的顶端和底端的热量和压力的大小变得更大，并且顶部和底部衬底的厚度变形变得更大，这最终导致不良质量的电极组件。

发明内容

因此，本公开试图解决的问题在于提供一种当用Z字形堆叠(ZZS)方法制造电极组件时能够最小化厚度变形和对多孔结构的孔的损坏的隔膜和一种用于包括该隔膜的电极组件的新颖结构。

具体地，本公开试图提供一种电极组件的新颖结构，其中在用于制造电极组件的热挤压步骤期间，尽管在此处应用热挤压的电极组件的堆叠方向的底端处热量和压力被特别强烈地传递到隔膜区域，但是也能够最小化厚度变形和多孔结构的孔损坏。

这是为了维持高介电击穿电压并且提供具有改进的绝缘性质的隔膜和包括这些隔膜的电极组件。

技术方案

为了解决以上问题，

根据本公开的一方面，提供了根据以下实施例的一种用于电化学装置的隔膜。

根据第一实施例，

一种用于电化学装置的隔膜是形式为条带并且被以预定间隔以Z字形方式折叠的隔膜，并且该隔膜包括聚合材料的多孔衬底和被形成在多孔衬底的上表面中的每一个上并且包括无机颗粒的多孔涂层。提供了一种用于电化学装置的隔膜，其中多孔衬底具有梯度厚度(Ts)，其中厚度从隔膜在纵向方向上的中央部分朝向任一端逐渐地减小，多孔涂层具有梯度厚度(Tc)，其中厚度从在纵向方向上的中央部分朝向任一端逐渐地增加，并且总厚度(Ts+Tc)横跨隔膜的平面是恒定的。

根据第二实施例，在第一实施例中，

从隔膜的纵向中心线到在一端方向上的预定第一位置(A)和在其相反端方向上的预定第二位置(A')，多孔衬底的厚度(Ts)保持恒定，并且隔膜在在第一位置(A)和第二位置(A')之间的区域AA'中被折叠。多孔衬底具有梯度厚度(Ts)，其中厚度从位置(A)或者位置(A')朝向隔膜的每一个纵向端逐渐地减小，并且多孔涂层具有梯度厚度(Tc)，其中厚度从位置(A)或者位置(A')朝向隔膜的每一个纵向端逐渐地增加。

根据第三实施例，在第二实施例中，

范围从第一位置(A)到第一端(E)的区域AE的空气渗透性或者范围从第一位置(A')到第一端(E')的区域A'E'的空气渗透性是在第一位置(A)和第二位置(A')之间的中间区域AA'的空气渗透性的1到15倍。

根据第四实施例，在第二或者第三实施例中，

在以上位置(A)处多孔衬底的厚度(Ts)与多孔涂层的总厚度(Tc)的比率(Ts/Tc)可以从1到5。

根据第五实施例，在第一到第四实施例中的任何一个的实施例中，

横跨所述隔膜的整个表面，多孔衬底的厚度(Ts)与多孔涂层的总厚度(Tc)的厚度比率(Ts/Tc)在从0.5到5的范围中。

根据本公开的另一个方面，提供了以下实施例的电极组件。

根据第六实施例，

提供一种电极组件，该电极组件包括单元电极和形式为条带的隔膜，该隔膜被以Z字形方式折叠，并且单元电极被插入隔膜在此处交迭的部分中，并且隔膜被形成在多孔衬底的上表面和下表面中的每一个上并且包括无机颗粒。多孔衬底具有梯度厚度(Ts)，其中厚度从隔膜在纵向方向上的中央部分朝向任一端逐渐地减小，多孔涂层具有梯度厚度(Tc)，其中厚度从在纵向方向上的中央部分朝向任一端逐渐地增加，并且总厚度(Ts+Tc)横跨隔膜的平面是恒定的。

根据第七实施例，在第六实施例中，

多孔衬底在范围从第一位置(A)和第二位置(A')的中间区域AA'中具有恒定厚度(Ts)，位置(A)和(A')在相反方向上并且与多孔衬底在纵向方向上的中心等距，并且范围从位置(A)到一端(E)的区域AE和范围从位置(A')到另一端(E')的区域A'E'的全部或至少一部分分别地相对于电极组件的堆叠方向被置放在最上部和最下部处，其中多孔衬底的梯度厚度(Ts)朝向隔膜的纵向端逐渐地减小，并且多孔涂层的梯度总厚度(Tc)朝向隔膜的纵向端增加。

根据第八实施例，在第六或者第七实施例中，

在第一位置(A)和第二位置(A')之间的中间区域AA'在电极组件的堆叠方向上既不被置放在电极组件的最上端部处也不被置放在该电极组件的最下端部处，并且在位于隔膜在堆叠方向上的最上和最下端部处的隔膜区域中，多孔衬底的厚度(Ts)朝向隔膜的端部减小。

根据第九实施例，在第六到第八实施例中的任何一个的实施例中，

被形成在多孔衬底的上表面和下表面中的每一个上的多孔涂层相对于隔膜的纵向方向的中心线被彼此对称地形成，使得在正交于隔膜的纵向方向的相同的随机位置处，多孔涂层中的每一个的厚度彼此相同或者厚度差异在10％内。

根据第十实施例，在第六到第九实施例中的任何一个的实施例中，

被分别地形成在多孔衬底的上表面和下表面处的多孔涂层相对于隔膜的纵向方向的中心线对称，使得在正交于纵向方向的方向上在随机等距位置处，上表面上的多孔涂层的厚度等于下表面上的多孔涂层的厚度或者以10％不同于下表面上的多孔涂层的厚度。

根据第十一实施例，在第六到第十实施例中的任何一个的实施例中，

横跨所述隔膜的整个区域，多孔衬底的厚度(Ts)与多孔涂层的总厚度(Tc)的比率(Ts/Tc)可以从0.5到5。

根据第十二实施例，在第六到第十一实施例中的任何一个的实施例中，

在以上位置(A)处，多孔衬底的厚度(Ts)与多孔涂层的总厚度(Tc)的比率(Ts/Tc)可以从1到5。

根据第十三实施例，在第六到第十二实施例中的任何一个的实施例中，

在50℃到110℃的温度下在3MPa到10MPa的压力下通过热挤压过程固定之后，电极组件的最外部分的厚度应变率可以是30％或者更小。

根据本公开的另一个方面，提供了以下实施例的电化学装置。

根据第十四实施例，

根据第六到第十三实施例中的任何一个的电极组件被容纳在外壳中。

根据第十五实施例，在第十四实施例中，

电化学装置可以是锂二次电池。

有利的效果

根据本公开的一个实施例的一种电极组件可以呈现如下特性，使得尽管当经由热挤压过程紧固时热量和压力被施加到堆叠方向的顶端和底端，隔膜的厚度变形和对隔膜内的多孔结构的孔损坏也被最小化。

相应地，能够呈现提供具有优良绝缘性质的电极组件的优点。

附图说明

图1是ZZS型电极组件的一个实施例的示意性截面视图；

图2是根据本公开的一个实施例的条带形隔膜的顶表面的示意性图示；

图3是根据本公开的一个实施例的条带形隔膜的侧视图的示意性图示；

图4是根据本公开的一个实施例的条带形隔膜的侧视图的示意性图示；

图5是根据本公开的一个实施例在组装之前电极组件的结构的示意性图示；

图6是根据本公开的一个实施例制造电极组件的方法的示意性图示；

图7是根据本公开的一个实施例当以Z字形方式折叠隔膜时横向结构的示意性图示；

图8是根据本公开的一个实施例当以Z字形方式折叠隔膜时横向结构的示意性图示；并且

图9是根据本公开的一个实施例当以Z字形方式折叠隔膜时横向结构的示意性图示。

具体实施方式

在下文中，将详细描述本公开的实施例。

贯穿该说明书，当一部分“包括”特定部件时，这意味着可以进一步包括其它部件而不是排除其它部件，除非另有声明。

在该说明书中，贯穿该说明书使用的术语“大约”、“基本”等被用作在当在声明的含义中固有的制造和材料公差存在时的数值处或者接近该数值的含义以帮助理解本申请。它用于防止不合理的侵权人以不合理的方式使用所提到的公开。

在该说明书中，术语“A和/或B”的描述意味着“A或者B，或者这两者”。

在本公开的以下详细描述中使用的特定术语仅仅是为了方便起见而非旨在限制本公开。另外，表示方向的单词，诸如上、下、左、右、之前、之后、内部和外部旨在分别地指示在参考的附图中的方向或者朝向或者远离所指定的设备、系统及其构件的几何中心的方向。

本公开涉及一种用于电化学装置的隔膜和一种包括该隔膜的电极组件。电化学装置的示例包括一次电池、二次电池、超级电容器和电双层电容器。二次电池可以更具体地是锂离子二次电池。

在本公开的一个实施例中，电极组件包括单元电极和条带形隔膜，并且隔膜具有ZZS型电极组件结构，其中单元单体被以Z字形方式折叠，并且在隔膜在此处被交迭的部分中插入单元单体。

参考以下附图，将更详细地描述隔膜、包括隔膜的电极组件和包括在电极组件中的每一个部件。

隔膜包括多孔衬底和多孔涂层，多孔衬底由聚合物材料制成，多孔涂层被形成在多孔衬底的上表面和下表面中的每一个上，并且包括无机颗粒。多孔衬底的厚度(Ts)从隔膜的纵向中心朝向隔膜在纵向方向上的两个端部逐渐地减小，并且多孔涂层的总厚度(Tc)朝向两个端部逐渐地增加，从而导致总厚度(Ts+Tc)在隔膜的整个表面之上被维持恒定。

在本说明书中，隔膜的“纵向方向”指的是两个或者更多个单元电极被置放在条带形隔膜上的方向。

在本说明书中，电极组件的“堆叠方向”指的是当电极组件被以Z字形方式折叠时单元单体被堆叠的高度方向，并且单元电极被插入隔膜在此处交迭的部分中。

在本说明书中，术语“厚度在特定区域内保持恒定”指示当用相同方法测量在特定区域内的任何位置的厚度时，测量的厚度值在5％或者更小的误差范围内。具体地，它能够被表达为如果在特定区域内的任何两个位置处厚度值的偏差在5％、4％、3％、2％、1％或者0％(即，没有差异)内则厚度保持恒定。

在本说明书中，术语“厚度在特定区域内逐渐地增加”指的是当在特定区域内根据特定方向以相同的方式测量时厚度值的连续或者非连续增加。厚度值增加的比率可以在5％的误差范围内维持恒定或者可以非连续地改变，但是在特定区域内厚度的逐渐增加可以优选地指示恒定比率和厚度值的连续增加。

在本说明书中，术语“厚度在特定区域内逐渐地减小”指当在特定区域内根据特定方向以相同的方式测量时厚度值的连续或者非连续减小。厚度值减小的比率可以在5％的误差范围内维持恒定或者可以非连续地改变，但是厚度在特定区域内逐渐地减小。优选的是示出厚度值以恒定比率连续地减小。

在本说明书中，每一个构造“厚度”可以代表根据用于测量电池隔膜的厚度的已知方法测量的值，除非另有定义。

根据一个实施例，隔膜和/或多孔衬底的厚度可以代表使用已知厚度测量装置测量的值。例如，以上厚度计可以使用Mitutoyo的VL-50S产品，但是不限于此。

根据另一个实施例，隔膜和/或多孔衬底的厚度可以通过隔膜和/或多孔衬底的截面的SEM图像来测量。

在本公开的一个实施例中，多孔衬底的厚度可以通过在从隔膜移除多孔涂层之后测量多孔涂层来测量。例如，多孔衬底的厚度可以在使用能够溶解包括在隔膜中的多孔涂层的溶剂移除多孔涂层之后来测量，或者能够使用胶带剥离多孔涂层，并且能够测量剩余多孔衬底的厚度。

在本公开的一个实施例中，多孔涂层的厚度可以由在测量隔膜的厚度之后测量的多孔衬底的厚度之间的差异值来测量，但是测量方法不限于此。

在本公开的一个实施例中，条带形隔膜是具有预定宽度的长条带形隔膜，并且具体地，可以代表具有一或者更大的纵横比的矩形隔膜。更具体地，隔膜可以具有大约1000mm或者更大的长度。

图2是根据本公开的一个实施例的条带形隔膜的顶表面的示意性图示。参考图2，当电极组件被以ZZS方法折叠时，相对于堆叠方向，隔膜10可以被分隔成最上区域X、最下区域Y以及位于最上区域和最下区域之间的内部区域Z。

图3是根据本公开的一个实施例的条带形隔膜的侧视图的示意性图示。参考图3，隔膜10包括多孔衬底11并且包括分别地被形成在多孔衬底的上表面和下表面上的多孔涂层12。在该说明书中，为了描述方便起见，多孔衬底的厚度由Ts表示，并且多孔涂层的总厚度由Tc表示。此时，多孔涂层的总厚度(Tc)代表被形成在多孔衬底的一个表面上的多孔涂层的厚度(Tc

参考图3，在隔膜10中，多孔衬底的厚度(Ts)从纵向中心部分10a到两个端部逐渐地减小，多孔涂层的总厚度(Tc)朝向两个端部逐渐地增加，并且总厚度(Ts+Tc)在隔膜的整个表面之上维持恒定。

图4是根据本公开的一个实施例的条带形隔膜的侧视图的示意性图示。参考图4，隔膜包括其中多孔衬底的厚度(Ts)从纵向中心部分10a到在一端103的方向上的预定位置101和在相反端104的方向上的预定位置102恒定的区域(AA')。另外，隔膜包括在此处多孔衬底的厚度(Ts)从位置101到一端103逐渐地减小的区域AE和在此处多孔衬底的厚度(Ts)从位置102到相反端103逐渐地减小的区域A'E'。

图5示意性地示出根据本公开的一个实施例单元电极20a和20b置放在条带形隔膜10上的预组装的电极组件30的结构。参考该图，以预定距离隔开的多个第一单元电极被并排地置放在隔膜的第一侧上。考虑到隔膜的折叠表面应该覆盖单元电极的整个表面，在每一个单元电极之间的分离距离优选地比第一单元电极的宽度更宽。同时，多个第二单元电极可以被以相同形状置放在隔膜的另一侧上。在此情形中，第一单元电极和第二单元电极可以错列使得当从一侧观察时它们根本不交迭。在如以上描述的错列的布置的情形中，相邻的第一电极和第二电极优选地被以特定距离隔开，使得隔膜能够被折叠。当如以上描述地布置时，可以获得具有其中当隔膜被折叠时第一电极和第二电极被与隔膜堆叠的结构的电极组件。第一单元电极和第二单元电极可以彼此极性相反，例如，第一单元电极可以是阴极，并且第二单元电极可以是阳极，或者反之亦然。

图6是根据本公开的一个实施例的制造电极组件的方法的示意性图示。参考图6，隔膜10被以Z字形方式折叠，单元电极20a和20b在隔膜在此处交迭的部分中插入，隔膜和单元电极被堆叠，并且在单元电极被插入之后该堆叠结构被挤压以生产ZZS型电极组件。因为当压力被施加到电极组件30时施加到最上区域40a和最下区域40b的压力与内部区域相比较是相对大的，这可能在最上区域40a和/或最下区域40b中引起隔膜的形状变形，所以本公开可以将一种新的结构引入存在于最上区域X和/或最下区域Y中的多孔衬底和多孔涂层中。因此，本公开可以将一种新的结构引入多孔衬底和多孔涂层中。

在电极组件中，根据本公开的一个方面，总体厚度在隔膜的整个表面之上维持恒定，使得单元电极被横跨电极组件的整个表面置放的间隔和在电极组件的组装期间的折叠间隔能够被维持。同时，因为多孔衬底的厚度朝向隔膜的两个端部逐渐地减小，并且被形成在多孔衬底的上表面和下表面中的每一个上的多孔涂层的厚度逐渐地增加，所以当在制造电极组件时通过端部施加热量和/或压力时能够改进相对于电极组件的堆叠方向的最上和最下部分的耐热性和抗冲击性，由此最小化相对于电极组件的堆叠方向的中央部分和端部的厚度变形和孔隙度。

在本公开的一个实施例中，区域AA'的至少一部分可以被置放在X区域和/或Y区域中。

在本公开的另一个实施例中，隔膜可以在位置A和位置A'之间的区域AA'中被折叠。

图7是根据本公开的一个实施例当以Z字形方式折叠隔膜时横向结构的示意性图示。参考图7，被以预定距离从隔膜10的纵向中心隔开并且多孔衬底的厚度开始朝向端部减小的预定位置101被置放在最上区域X中，当多孔衬底的厚度在此处开始朝向相反的端部减小的预定位置102被置放在最下区域Y中时，区域AA'的一部分可以被置放在最上区域X和最下区域Y中。

在本公开的另一个实施例中，区域AA'可以不被置放在基于电极组件的堆叠方向的最上区域X和最下区域Y中，而是区域AE和区域A'E'的全部或者至少一部分可以优选地被置放在X区域和Y区域中。

具体地，因为Z区域是当在电极组件的制造中施加热量和/或压力时比X区域和Y区域相对较少受到热量和/或压力影响的区域，所以区域AA'优选地被与Z区域相同地置放和/或置放在Z区域内。即，X区域可以被包括在AE区域内，并且Y区域可以被包括在A'E'区域中。换言之，区域X被包括在区域AE内，并且区域Y能够被包括在区域A'E'中。

图8是根据本公开的另一个实施例当以Z字形方式折叠隔膜时横向结构的示意性图示。参考图8，位置A是多孔衬底的厚度在此处开始朝向隔膜的端部减小的预定位置101并且相对于电极组件的堆叠方向位于最上区域X的内部端部处，并且位置A'是多孔衬底的厚度在此处开始朝向相反的端部减小的预定位置102，并且相对于电极组件的堆叠方向位于最下区域Y的内部端部处，使得区域AE的全部可以与X区域一致，并且区域A'E'的全部可以与Y区域一致。隔膜可以在区域AA'中被折叠一次或者多次。

图9是根据本公开的另一个实施例当以Z字形方式折叠隔膜时横向结构的示意性图示。参考图9，位置A是多孔衬底的厚度在此处开始朝向隔膜的端部减小的预定位置101并且相对于电极组件的堆叠方向被以距最上区域X预定距离置放在内部。位置A'是多孔衬底的厚度在此处开始朝向相反的端部减小的预定位置102，并且相对于电极组件的堆叠方向被以距最下区域Y预定距离置放在内部上，区域AE和区域A'E'中的每一个的一部分可以分别地包括区域X和区域Y。

在本公开的一个实施例中，区域AA'可以包括例如隔膜的总长度的10％到90％、15％到80％、20％到60％，或者20％到50％的长度。相应地，区域AE和区域A'E'可以被包括在隔膜的端部处，使得排除区域AA'之外的长度是分别的区域AE和区域A'E'的整个长度。

在本公开的一个实施例中，区域AE和区域A'E'的长度可以相同。即，区域AE和区域A'E'的长度可以等于通过划分除了区域AA'的隔膜的整个长度而获得的长度。

在本公开的一个实施例中，区域AE和区域A'E'的长度可以不同，并且在此情形中，具有更长长度的区域被组装成相对于堆叠方向位于电极组件的最下端部处并且就最小化在热挤压过程期间的形状变形而言可能是优选的。

在本公开的一个实施例中，区域AE和区域A'E'通过朝向隔膜的端部减小多孔衬底的厚度(Ts)并且增加多孔涂层的总厚度(Tc)来形成，由此防止或者减小由在电极组装期间的热挤压过程期间的高温和高压引起的形状变形，但是本公开的效果不限于此。

在本公开的一个实施例中，在区域AE中测量的隔膜的空气渗透性或者在区域A'E'中测量的隔膜的空气渗透性可以是在区域AA'中测量的隔膜的空气渗透性的1到15倍。满足本公开的任何一个实施例的隔膜可以呈现满足以上范围的空气渗透性比率。具体地，在区域AE或者区域A'E'中测量的空气渗透性可以是在区域AA'中测量的空气渗透性的2到14倍、3到13倍、4到12倍、5到11倍、6到10倍或者7到9倍。优选地，它可以是1到5倍。

在本公开的一个实施例中，被形成在多孔衬底的上表面和下表面中的每一个上的多孔涂层可以相对于隔膜的纵向方向的中央部分对称地形成。

参考图3和图4，当被形成在多孔衬底的上表面上的多孔涂层被称为第一多孔涂层并且被形成在多孔衬底的下表面上的多孔涂层被称为第二多孔涂层时，第一多孔涂层和第二多孔涂层可以被形成为相对于多孔衬底的厚度方向中心线10b线对称的形状。

具体地，被形成在多孔衬底的上表面和下表面中的每一个上的多孔涂层可以相对于隔膜在厚度方向上的中心线彼此对称地形成，使得在正交于隔膜的纵向方向的相同随机位置处，多孔涂层中的每一个的厚度彼此相同或者厚度差异在10％内。

例如，在多孔衬底的任何位置处位于正交于隔膜的纵向方向的假想线上的第一多孔涂层的厚度(Tc

更具体地，在第一多孔涂层和第二多孔涂层的厚度之间的差异在10％内、在8％内、在5％内、在4％内、在3％内、在2％内、在1％内或者0％(即，相同)。

在本公开的一个实施例中，隔膜可以被形成为相对于纵向中心10a具有对称的结构。

在本公开的一个实施例中，隔膜可以被形成为相对于在纵向方向上的中心线10a和在厚度方向上的中心线10b具有对称的结构。参考图6，从预定位置101到端部103的区域AE和从预定位置102到相反端104的区域A'E'可以被形成为相对于在纵向方向上的中心线10a和在厚度方向上的中心线10b对称的结构。

具体地，在区域AE和区域A'E'中，被形成在以相同距离从隔膜的纵向方向10a的中心线隔开的任何位置处的多孔衬底中的每一个的厚度(Ts)可以是相同的或者在10％内。

更具体地，在区域AE和区域A'E'中，被形成在以相同距离从隔膜的纵向方向10a的中心线隔开的任何位置处的多孔衬底中的每一个的厚度(Ts)可以在10％内、在8％内、在5％内、在4％内、在3％内、在2％内或者在1％内(即，相同)。

在本公开的一个实施例中，在电极组件隔膜的整个表面之上多孔衬底的厚度(Ts)与多孔涂层的总厚度(Tc)的比率(Ts/Tc)可以是0.5到5。具体地，比率(Ts/Tc)可以是0.8到3、1到2、或者1到1.8。在电极组件中，多孔衬底的厚度(Ts)朝向隔膜在纵向方向上的端部逐渐地减小，并且多孔涂层的总厚度(Tc)逐渐地增加，并且因此比率(Ts/Tc)可以朝向隔膜在纵向方向上的端部减小。

在本公开的另一个实施例中，在位置A处多孔衬底的厚度(Ts)与多孔涂层的总厚度(Tc)的比率(Ts/Tc)可以从1到5。具体地，在位置A处的比率(Ts/Tc)可以是1到3、1到2、或者1.5到1.8。在电极组件中，如以上描述地，在从位置A到位置A'的区域AA'中，多孔衬底的厚度(Ts)维持恒定，并且在位置A处的比率(Ts/Tc)可以代表在隔膜的整个表面之上的比率(Ts/Tc)的最大值。

在本公开的一个实施例中，多孔衬底意味着作为在阻挡在阴极和阳极之间的电接触时允许离子穿过的多孔离子传导屏障具有被形成在其中的多个孔的衬底。孔相互连接到彼此，使得气体或者液体能够从衬底的一侧穿行到另一侧。根据赋予关断(shutdown)功能的观点，作为这种多孔衬底，可以使用包括热塑性树脂的多孔聚合物膜。这里，关断功能指的是通过当电池温度高时通过溶解热塑性树脂并且闭合多孔衬底的孔来阻挡离子的运动以防止电池的热失控的功能。作为热塑性树脂，具有低于200℃的熔点的热塑性树脂是适当的，并且聚烯烃是特别优选的。

在本公开的一个实施例中，多孔衬底的孔隙度可以例如是30％到90％、35％到80％、40％到70％、40％到60％、或者40％到50％。多孔衬底的孔隙度可以表示例如在多孔衬底中包含的材料通过公式[真实密度-多孔衬底的密度/多孔衬底的真实密度*100(％)]测量的值。

在本公开的一个实施例中，多孔衬底的厚度不受特别限制，只要它满足以上描述的比率(Ts/Tc)的范围即可，但是可以例如在5到300μm的范围中。

在本公开的一个实施例中，多孔涂层分别地被形成在多孔衬底的上表面和下表面上，并且包括无机颗粒。在多孔涂层中，无机颗粒可以被密集地填充以具有由形成在无机颗粒之间的间隙体积产生的多个微孔。

在本公开的一个实施例中，多孔涂层可以进一步包括结合剂树脂，使得无机颗粒的表面的全部或者至少一部分涂覆有结合剂树脂。此时，无机颗粒通过结合剂树脂被面结合和/或点结合。例如，可以以95：5到50：50的重量比率包括多孔涂层中的无机颗粒和结合剂树脂。

在本公开的一个实施例中，可以在没有具体限制的情况下使用无机颗粒，只要它们是电化学稳定的即可。即，能够在本公开中使用的无机颗粒不受特别限制，只要在应用的电化学装置的操作电压范围(例如，基于Li/Li+的0到5V)中不发生氧化和/或还原反应即可。这些矿物颗粒的非限制示例包括BaTiO

在本公开的一个实施例中，当结合剂树脂被包括在多孔涂层中时，结合剂树脂可以例如包括聚偏二氟乙烯基树脂(PVdF基树脂)。在本公开的一个实施例中，PVdF基树脂可以包括以下各项中的至少一个：偏二氟乙烯的均聚物(即，聚偏二氟乙烯)、与可与偏二氟乙烯共聚的单体的共聚物、及其混合物中的一种或者多种。在本公开的一个实施例中，作为单体，例如，能够使用氟化单体和/或氯基单体。氟化单体的非限制示例包括：氟乙烯；三氟乙烯(TrFE)；氯氟乙烯(CTFE)；1,2-二氟乙烯；四氟乙烯(TFE)；六氟丙烯(HFP)；全氟(烷基乙烯基)醚，诸如全氟(甲基乙烯基)乙醚(PMVE)、全氟(乙基乙烯基)甲醚(PEVE)、和全氟(丙基乙烯基)乙酯(PPVE)；全氟(1,3-二氧杂环己烷)；全氟(2,2-二甲基-1,3-二氧杂环己烷)(PDD)、及其混合物中的一种或者多种。

在本公开的一个实施例中，就粘结到聚合组件而言，可以使用具有140℃或者更低的Tm的PVdF基树脂。为此目的，PVdF基树脂可以包括偏二氟乙烯单元和可与偏二氟乙烷单元共聚的另一种单体的共聚物。这种共聚物的示例可以包括PVDF-TrFE、PVDF-TFE、PVDF-CTFE和PVDF-HFP、及其一种或者两种或者更多种。

同时，结合剂树脂可以进一步包括(甲基)丙烯酸聚合树脂，并且如果有必要，则除了PVDF基树脂之外，(甲基)丙烯酸基聚合物包含(甲基)丙烯酸酯作为单体，并且(甲基)丙烯酸基聚合物的非限制示例可以包括(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸正丙酯、(甲基)丙烯酸异丙酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸戊酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸异辛酯、(甲基)丙烯酸异壬酯、(甲基)丙烯酸月桂酯和(甲基)丙烯酸十四烷基酯作为单体。

在本公开的一个实施例中，可以通过在多孔衬底上施加用于形成包含结合剂树脂和无机颗粒的无机涂层的无机颗粒或者浆液并且使溶剂和/或结合剂树脂干燥以在多孔衬底上一体地形成多孔涂层来制造隔膜。制造隔膜的方法可以在没有限制的情况下应用，只要多孔涂层被形成在多孔衬底的上表面和下表面中的每一个上并且可以获得具有以上描述的形状的隔膜即可，并且不限于特定的制造方法。

在本公开的一个实施例中，多孔涂层的厚度不受特别限制，只要它满足以上描述的比率(Ts/Tc)的范围即可，但是可以例如在3到50μm的范围中。

根据本公开的电极组件，包括具有以上描述的形状的隔膜并且包括在隔膜上以预定间隔隔开的至少一对单元电极。

在本公开的一个实施例中，单元电极可以是在电化学装置中使用的传统的阴极和/或阳极，并且阴极和阳极可以每一个在集电器上涂覆有电极活性材料，但是尺寸或者形状不被特别限制于此。

当电极是阴极时，阴极活性材料可以例如是锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂铁氧化物、或者将它们进行组合的锂复合氧化物、或者其两种或者更多种的混合物，但是不限于此。

当电极是阳极时，阳极活性材料例如是锂金属或者锂合金、软碳、硬碳、天然石墨、集结石墨、热解碳、中间相沥青基碳纤维、中间相碳微珠、中间相沥青、石油或者煤焦油沥青衍生焦炭、或者其两种或者更多种的混合物，但是不限于此。

即使当通过热挤压过程在电极组件的堆叠方向上施加压力时，具有以上结构的根据本公开的电极组件也可以改进电极组件的耐热性和抗冲击性，由此呈现优良的形状保持率。

在本公开的一个实施例中，在50℃到110℃的温度下在3到10MPa的压力下通过热挤压过程固定之后，电极组件的最外厚度变形率可以是30％或者更小。

在本公开的另一个实施例中，可以具体地在50℃到110℃的温度下在3到10MPa的压力下执行热挤压过程，并且在此情形中，在通过热挤压过程固定之后，电极组件的最外厚度变形率可以是30％或者更小。

在本说明书中，在通过用于固定电极组件的传统方法诸如热挤压过程固定之后，电极组件的最外厚度变形率可以代表通过在固定之前和之后测量电极组件的厚度并且根据公式[(在挤压之前的厚度-在挤压之后的厚度)/在挤压之前的厚度*100(％)]而推导的值。

在本公开的另一个实施例中，在通过用于固定电极组件的传统方法诸如热挤压过程固定之后，电极组件的最外厚度变形率可以具体地是30％或者更小、25％或者更小、20％或者更小、15％或者更小。更具体地，在通过热挤压过程固定之后，电极组件的最外厚度变形率可以是0％或者更大、5％或者更大、或者10％或者更大到15％或者更小，诸如11％到12％。

在本公开的一个实施例中，就在固定之前和之后的厚度变形率而言，电极组件的最外部分可以是其中多孔衬底的厚度(Ts)逐渐地减小并且多孔涂层的总厚度(Tc)逐渐地增加的区域。

在本公开的另一个实施例中，就在固定之前和之后的厚度变形率而言，电极组件的最外部分可以代表以上描述的区域AE和区域'A'E'的全部或者至少一部分。

在本公开的另一个实施例中，在通过用于固定电极组件的传统方法诸如热挤压过程固定之后，电极组件的最内厚度变形率可以具体地是15％或者更小。

在本公开的一个实施例中，就在固定之前和之后的厚度变形率而言，电极组件的最内部分可以是其中多孔衬底的厚度(Ts)在隔膜中维持恒定的区域。

在本公开的另一个实施例中，就在固定之前和之后的厚度变形率而言，电极组件的最内部分可以代表以上描述的区域AA'的全部或者至少一部分。

在本公开中，电极组件包括具有以上形状的隔膜，由此改进电池的介电电压特性以即使在高电压条件下也增加介电击穿电压并且减小短路发生率(Hi-pot缺陷率)。

介电击穿电压指的是绝缘体可以承受的最大电压，并且介质击穿意味着当电压被施加到绝缘体时，并且当电压超过特定值时，绝缘被破坏并且丧失它的绝缘性能。

击穿电压可以由例如AC/DC/IR Hi-Pot测试仪测量。例如，不锈钢网和多孔衬底在90℃、4MPa和1秒条件下被热挤压结合，并且然后DC电流被设定为0.5mA，电压升压100V/s(电压3kV，上升时间3s)。当试验开始时，当随着电压升高而发生短路时测量完成，并且此时的电压被定义为介电击穿电压。

另外，能够通过在测试样品总数中通过Weibull分析确定由呈现低介电击穿电压的样本的较低的1％表示的电压来测量Hi-pot缺陷率的评价。

在本公开的一个实施例中，在通过用于固定电极组件的传统方法诸如热挤压过程固定之后，存在于电极组件的最外部分上的多孔衬底的介电击穿电压可以指示800kV/mm或者更大的值。

在本公开的另一个实施例中，在通过用于固定电极组件的传统方法诸如热挤压过程固定之后，存在于电极组件的最外部分上的多孔衬底的介电击穿电压可以具体地指示1000kV/mm或者更大或者1500kV/mm或者更大的值。

在本公开的一个实施例中，电化学装置具有被容纳在外壳中的以上描述的电极组件。

在本公开的一个实施例中，外壳可以被采用为通常用作电池外壳并且不被特别限制为根据电池的使用的外观。例如，外壳可以是使用罐的圆柱形形状、棱柱形形状、袋形状或者硬币形状。

当完成以上描述的电极组件时，可以通过用传统方法放置并且密封外壳来制造电化学装置，并且电化学装置可以例如是锂二次电池。

在下文中，将通过示例进一步描述本公开，但是以下示例用于示意本公开，并且本公开的范围不仅限于这些示例。

示例1

[隔膜的制备]

根据以下方法制备隔膜。

根据公式[(应用的材料的真实密度-构造的密度)/电极组件的密度*100(％)]测量每一个构造中的孔隙度。

使用厚度计(Mitutoyo，VL-50S)测量隔膜的厚度。

多孔衬底的制备

具有不同的分子量的三种类型的聚乙烯聚合物、聚丙烯聚合物和抗氧化剂被以适当比率混合以根据已知方法制备用于在隔膜中使用的多孔衬底。所使用的该三种类型的聚乙烯聚合物是PE 40(Mw 400000g/mol)、PE 90(Mw 900000g/mol)，和PE 150(Mw 1500000g/mol)，并且聚丙烯聚合物是PP 35(Mw 350000g/mol)。所制备的多孔衬底的孔隙度是45％。

多孔衬底被制备为具有350mm的总体宽度和1m的长度，每一个12μm的在两端处测量的厚度，并且在纵向方向上从两个端部到点0.3m逐渐地增加厚度并且然后在纵向方向上从点0.3m维持15μm的厚度。

多孔涂层的制备

通过在适当溶剂中以80：20的重量比率混合PVDF-HFP结合剂(Mw 500000g/mol，HFP 15wt％)和无机颗粒来制备用于无机涂层的浆液。

以上制备的用于无机涂层的浆液通过浸涂方法被施加到多孔衬底的整个表面并且根据湿相分离方法被干燥以在所制备的多孔衬底的上表面和下表面中的每一个上形成多孔涂层。

制备被形成在上表面和下表面中的每一个上的多孔涂层，使得在两端处测量的厚度每一个是6μm，并且在纵向方向上从两端到点0.3m厚度逐渐地减小，并且从点0.3m维持4.5μm的厚度。

结果，在整个表面之上制备了具有24μm的恒定总体厚度的隔膜。

[电极组件的制造]

使用以上制备的隔膜制造电极组件。具体地，17ea的阴极和16ea的阳极被横跨隔膜的上表面和下表面放置。此时，阴极的端部在此处位于一侧上的点和阳极的端部在此处位于另一侧上的点被彼此隔开，使得在平面上的水平距离是3mm。锂钴氧化物LCO被用作阴极活性材料，并且石墨被用作阳极活性材料(N/P比率>100)。

对照示例1

[隔膜的制备]

多孔衬底的制备

除了多孔衬底在贯穿纵向方向厚度没有改变的情况下被以15μm的恒定厚度形成之外，以与在示例1中相同的方式制备多孔衬底。

多孔涂层的制备

除了厚度被以4.5μm的恒定厚度形成而在整个纵向方向上没有任何变化之外，根据与在示例1中相同的方法形成多孔涂层，并且因此制备了具有24μm的恒定厚度的隔膜。

[电极组件的制造]

除了使用以上制备的隔膜，根据与在示例1中相同的方法制造电极组件。

[在热挤压过程期间厚度变化率的评价]

分别地通过在90℃和6.5MPa的压力下热挤压6秒，以上制造的示例1和对照示例1的电极组件被固定。此时，在热挤压之前和之后在每一个区域中测量厚度变化率，并且结果在以下表1中示出。

在挤压之后，通过使用厚度测量装置(Mitutoyo，VL-50S)测量隔膜的厚度，并且通过使用胶带从隔膜剥离多孔涂层并且然后使用相同的厚度测量器械来测量多孔衬底的厚度。此时，通过使用在剥离多孔涂层之前通过隔膜截面的SEM图像获得的厚度值来检验多孔衬底的厚度。

在以下表1中，最内部分代表其中多孔衬底的厚度维持恒定的区域，并且最外部分代表其中多孔衬底的厚度朝向两个端部减小的区域。

表1

如在表1中确认地，在热挤压之前和之后的最内改变处于与对照示例1和示例1类似的水平，但是示例1的电极组件(包括隔膜)随着多孔衬底的厚度分别地朝向电极组件在堆叠方向上的上端部和下端部这两者逐渐地减小而逐渐地增加多孔涂层的厚度。

[电极组件的耐久性的评价]

为了测量厚度变形率，使用其中通过胶带工艺移除多孔涂层的根据示例1和对照示例1的多孔衬底测量介电击穿电压，并且结果在以下表2中示出。

使用AC/DC/IR Hi-Pot测试仪测量介电击穿电压。具体地，在90℃、4MPa和1秒的条件下，多孔衬底被热挤压并且粘结到不锈钢网，并且然后DC电流被设定为0.5mA，电压升压100V/s(电压6kV，上升时间6s)，并且当发生短路时测量电压。

介电击穿电压代表对电极组件的最外多孔衬底测量的结果。

表2

如在表2中所示，确认示例1的介电击穿电压比对照示例1的介电击穿电压好得多，推断这是因为，通过示例1的隔膜的特殊结构，即使在热挤压过程之后，多孔衬底的孔损坏率也被减小。

如以上参考本公开的实施例和附图描述地，可以基于以上描述在本公开的范围内进行各种应用和修改。

[附图中的附图标记说明]

1：电极组件3：隔膜

5：阴极7：阳极

10：隔膜11：多孔衬底

12：多孔涂层10a：隔膜在纵向方向上的中心

10b：隔膜在厚度方向上的中心20a：阳极

20b：阴极30：电极组件

40：电极组件的挤压过程40a：电极组件的最上区域

40b：电极组件的最下区域101：位置A

102：位置A'103：位置E

104：位置E'X：基于堆叠方向的最上区域

Y：基于堆叠方向的最下区域Z：基于堆叠方向的内部区域

Ts：多孔衬底的厚度Tc