CN108713273B - 线缆型二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及线缆型二次电池，其包含：线缆型芯部；正极线，所述正极线以围绕所述线缆型芯部的外表面的方式在预定间隔下螺旋卷绕，并包含形成在其外表面上的第一多孔涂层；和负极线，所述负极线以与卷绕的正极线交替围绕所述线缆型芯部的外表面的方式在对应所述预定间隔的情况下螺旋卷绕，并包含形成在其外表面上的第二多孔涂层。

Description

线缆型二次电池
技术领域
本发明涉及线缆型二次电池。更具体地，本发明涉及具有新颖电极结构的线缆型二次电池。
本申请要求于2016年12月14日在韩国提交的韩国专利申请10-2016-0170637号的优先权，通过参考将其发明内容并入本文中。
背景技术
锂二次电池具有许多优点，例如高能量密度、高工作电压和优异的存储和寿命特性，由此已广泛用于各种电子仪器如个人计算机、便携式摄像机、蜂窝电话、便携式CD播放器和个人数字助理(PDA)。
通常，锂二次电池包括圆柱形或棱柱形壳以及与电解质一起容纳在所述壳中的电极组件。本文中，电极组件包含连续堆叠的正极、隔膜和负极，并且它通常具有卷型(jelly-roll type)的卷绕结构或堆叠结构。
另外，最近开发了一种可自由变形并能够应用于各种工业领域的线缆型二次电池。线缆型二次电池具有显著大的长度对直径比，并且通常包含内电极、以围绕内电极的方式形成的隔膜和以围绕隔膜的方式形成的外电极。
然而，由于这种常规线缆型二次电池的形状的性质，具有在内电极或外电极中存在间隔的问题。
同时，当具有传输信号功能的信号线熔合到这种线缆型二次电池时，可以实现电力供应能够与信号的传输/接收一体执行的线缆。日本专利未审公布2001-110244号公开了相关技术。
日本专利未审公布2001-110244号公开了一种具有集成结构的电池线缆，其中柔性且细长的二次电池主体容纳在壳中，并且信号线缆以与二次电池主体相邻的方式安装在所述壳中。
然而，上述线缆结构需要复杂的组装工艺并且不适合大规模生产，这是因为难以将线缆型二次电池与信号线缆集成在壳中。因此，需要采取措施来克服这个问题。另外，存在的劣势在于，由于信号线缆以预定间隔布置在线缆型二次电池的外部的结构，因此线缆具有更大的总外径。
发明内容
技术问题
设计本发明以解决相关领域的问题，因此本发明旨在提供一种具有新颖结构的线缆型二次电池，其能够从根本上防止电极的间隔，否则所述间隔可能发生在包含内电极和外电极的线缆型二次电池中。
本发明还旨在提供一种线缆型二次电池，所述线缆型二次电池具有如下结构，其通过将信号线缆布置在形成于线缆型二次电池中的线缆型芯部中而能够防止线缆型二次电池外径增大。
技术方案
在本发明的一个方面，提供一种线缆型二次电池，包含：线缆型芯部；正极线，所述正极线以围绕线缆型芯部的外表面的方式在预定间隔下螺旋卷绕，并包含形成在其外表面上的第一多孔涂层；和负极线，所述负极线以与所述卷绕的正极线交替围绕所述线缆型芯部的外表面的方式在对应所述预定间隔的情况下螺旋卷绕，并包含形成在其外表面上的第二多孔涂层。
本文中，线缆型芯部可以包含信号线缆。
本文中，所述信号线缆可以具有管状结构、弹簧状结构、圆柱形结构或棱柱形结构。
另外，信号线缆可以是选自如下线缆中的任意一种或者它们中的两种以上：声音信号线缆、光信号线缆、电信号线缆和视频信号线缆。
另外，信号线缆可以是：涂布有聚烯烃、热塑性聚氨酯、热塑性弹性体或聚丙烯酸酯的光纤线缆；或铜、铝或镍的金属线缆。
此外，信号线缆还可以包含围绕其外表面的防止电磁场中断的层。
同时，第一多孔涂层和第二多孔涂层可以各自独立地为电解质层或隔膜。
另外，线缆型二次电池可以在其外表面上涂布有保护涂层。
另外，线缆型二次电池可以是柔性的。
此外，线缆型二次电池可以是锂二次电池。
有益效果
根据本发明，通过从根本上防止可能发生在常规线缆型二次电池的内电极或外电极中的电极间隔，可以确保线缆型二次电池抵抗弯曲的耐久性。
另外，通过在形成于线缆型二次电池中的线缆型芯部中设置信号线缆，可以避免用于安装信号线单元的单独空间的需求。还可以防止线缆型二次电池的总外径的增加。
此外，因为诸如光纤线缆或金属线缆的信号线缆设置在线缆型二次电池的中心，所以可以有效地保护信号线缆免受信号中断或湿气的影响。
附图说明
附图显示了本发明的优选实施方案，并且与前述发明内容一起用于提供对本发明的技术特征的进一步理解，由此本发明不应被解释为限于所述附图。
图1是显示常规线缆型二次电池的主要构造的示意性透视图。
图2是显示形成根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池的正极线和负极线的示意图。
图3和图4是各自显示根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池的主要构造的示意图。
图5是显示根据本发明一个实施方案的线缆型芯部的示意图。
图6是显示根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池在它弯曲之后的形状的示意图。
[主要元件说明]
1：内电极 2：隔膜
3：外电极 10：线缆型芯部
11：信号线缆
12：绝缘性防止电磁场中断的层
13：导电性防止电磁场中断的层
20：正极线 21：正极导线
22：正极活性材料 23：第一多孔涂层
30：负极线 31：负极导线
32：负极活性材料 33：第二多孔涂层
40：保护涂层 100：线缆型二次电池
具体实施方式
下文中，将参考附图对本发明进行详细描述。应理解，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应解释为限于普通和词典的含义，而是在允许发明人适当地定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相对应的含义和概念进行解释。
因此，本文中提出的描述仅是用于说明目的的优选实例，并不旨在限制本发明的范围，因此应理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以使用其他等价物和变体。
图1是显示常规线缆型二次电池的主要构造的示意性透视图，图2是显示形成根据一个实施方案的线缆型二次电池的正极线和负极线的示意图，且图3和图4是各自显示根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池100的主要构造的示意图。
参考图1，当从常规线缆型二次电池的内部观察时，所述常规线缆型二次电池依次包含：螺旋卷绕的片型内电极1；以围绕内电极1的方式形成的隔膜2；以及螺旋卷绕在隔膜2的外表面上的外电极3。
然而，由于常规线缆型二次电池的特征形状，卷绕片型内电极1或卷绕片型外电极3可能在其卷绕表面上产生间隔，从而在任意一个电极中产生缺陷。特别地，当电池在施加外力的情况下反复弯曲时，内电极1和外电极3具有不同的弯曲半径并显示不同程度的伸长/收缩。由此，当电极彼此间隔开以释放应力时，发生摩擦而引起隔膜的损坏或电极活性材料的分离，从而导致间隔部分处的电极之间的短路。
另外，在包含第二电极结构(所述第二电极结构螺旋围绕线性或螺旋形第一电极结构的外部)的常规电池的情况下，其中第二电极结构螺旋围绕第一电极结构并与第一电极结构接触的部分导致柔性降低，这与本发明不同。另外，当电池反复弯曲时，由于所述部分的摩擦，所述部分导致隔膜损坏或因电极活性材料分离而导致电极结构损坏。
同时，参考图2～图4，根据本发明一个实施方案的线缆型二次电池100包含：线缆型芯部10；正极线20，所述正极线20以围绕线缆型芯部10的外表面的方式在预定间隔下螺旋卷绕，并包含形成在其外表面上的第一多孔涂层23；和负极线30，所述负极线30以与所述卷绕的正极线20交替围绕所述线缆型芯部10的外表面的方式在对应所述预定间隔的情况下螺旋卷绕，并包含形成在其外表面上的第二多孔涂层33。
换句话说，正极线20和负极线30交替地形成在同一假想的圆柱形状或棱柱形状上，由此具有超出内电极和外电极的概念的新颖电极排列结构。因此，可以从根本上防止在电极卷绕表面上发生间隔的可能性，否则，根据现有技术可能发生所述间隔。结果，可以确保线缆型二次电池抵抗弯曲的耐久性。
另外，因为在其上卷绕正极线20和负极线30的表面(卷绕表面)设置在同一圆周表面上，所以电极在电池弯曲时在相同的弯曲半径内移动，因此在垂直方向上没有刺激发生。此外，在根据本发明的线缆型二次电池100中，正极线20和负极线30彼此接触，从而显著提高了柔性。因此，即使当电池经历反复弯曲时，也不存在由第一多孔涂层与第二多孔涂层的摩擦引起的多孔涂层损坏的问题，并且可以防止电极之间的短路，否则，在上述常规电池结构中发生所述短路。
本文中，正极线20是涂布有正极活性材料22的导线21，螺旋地卷绕在线缆型芯部10的外表面上并且沿着线缆型二次电池100的纵向延伸。用作集电器的导线21可包括诸如不锈钢、镍、铜或银的材料。涂布在导线21的表面上的正极活性材料22可包括用于常规锂二次电池的正极活性材料。
另外，负极线30是涂布有负极活性材料32的导线31，螺旋卷绕在线缆型芯部10的外表面上并沿着线缆型二次电池100的纵向与正极线20交替延伸。用作集电器的导线31可以包括与用于正极线20的相同的材料。涂布在导线31的表面上的负极活性材料32可以包括用于常规锂二次电池的负极活性材料。
同时，线缆型芯部10使得线缆型二次电池100保持其线性形状，能够防止由外力引起的电池结构的变形，并且防止电池结构的坍塌或变形以确保线缆型二次电池100的柔性。
另外，第一多孔涂层23和第二多孔涂层33用于中断正极线20与负极线30之间的直接接触，并且不需要额外的隔膜。
参考图4，根据本发明的一个实施方案，线缆型二次电池100设置有保护涂层40，所述保护涂层40是绝缘体，并且以围绕线缆型二次电池的最外表面的方式形成，以保护电极免受空气中的湿气和外部撞击的影响。
保护涂层40可包括包含防潮层的常规聚合物树脂。本文中，防潮层可以包括铝或具有优异的防潮性能的液晶聚合物，并且这种聚合物可以包括PET、PVC、HDPE或环氧树脂。
同时，线缆型芯部10可包括信号线缆。
信号线缆***到线缆型二次电池100中，并沿着线缆型二次电池100的纵向延伸。信号线缆在线缆型二次电池100中传输在连接线缆型二次电池100的***中产生的预定的声音信号、光信号、电信号或视频信号。
本文中，信号线缆可以具有管状结构、弹簧状结构、圆柱形结构或棱柱形结构，例如三角形、四边形、五边形或六边形结构。
另外，信号线缆可以是：绝缘且保护性地涂布有诸如聚烯烃、热塑性聚氨酯、热塑性弹性体或聚丙烯酸酯的材料的光纤线缆；或包括铜、铝或镍的金属线缆。这种信号线缆可以以各种形状存在，所述形状为例如包括多个扭曲信号线缆的形状。
特别地，当信号线缆是声音信号线缆时，它可以优选地包括双绞线线缆(TPC)，并且TPC的规格定义为在铜的熔炼时引入的氧的含量为300ppm并且纯度为约99.9％。
此外，当信号线缆是A/V信号线缆时，可以使用线性晶体无氧铜(LCOFC)，所述线性晶体无氧铜(LCOFC)包括线性排列的无氧铜(OFC)粒子，且OFC在字面上是指“不含氧的铜”，具有10ppm以下的氧含量，并通常显示99.999％以上的纯度。
信号线缆可以是包括视频线缆、接地线缆、麦克风线缆(mic cable)、右线缆、左线缆等的复合线缆，并且可以具有绞合形状或线性单线缆形状。当单独传输声音信号时，信号线缆可以具有包括右线缆和左线缆的绞合线缆或线性单线缆形状，并且其端部可以形成为常规耳机线的形状。
信号线缆充当卷绕芯，并用于在线缆型二次电池100中传输信号。信号线缆不需要安装信号线缆单元的额外空间，并且防止线缆型二次电池100的整体外径的增加。另外，诸如光纤线缆或金属线缆的信号线缆设置在线缆型二次电池100的中心。由此，可以有效地保护信号线缆免受信号中断或湿气的影响。
图5是显示根据本发明一个实施方案的线缆型芯部的示意图。参考图5，根据本发明的线缆型芯部10包括信号线11，所述信号线11还可包括围绕其外表面的防止电磁场中断的层12、13，以防止与正极线20和/或负极线30电连接和电磁场中断。
本文中，防止电磁场中断的层可以包括绝缘性防止电磁场中断的层12和导电性防止电磁场中断的层13。当提供这种防止电磁场中断的层时，可以防止在包括电极组件的电力供应单元处产生电磁场而造成的中断，从而防止在信号传输单元的信号传输期间由中断引起的噪声的产生。
防止电磁场中断的层在其构造方面没有特别限制，可以使用任何构造，只要它能够防止电磁场的中断即可。例如，防止电磁场中断的层可以具有双层结构。本文中，优选的是，与信号线缆直接接触的防止电磁场中断的层是绝缘体，并且在其上形成的防止电磁场中断的层是导体。绝缘性防止电磁场中断的层12防止信号线缆11与导电性防止电磁场中断的层13之间的直接接触。导电性防止电磁场中断的层13中断在电力供应单元处产生的电磁场，从而防止信号传输中断。
原则上，可以使用任何绝缘性防止电磁场中断的层12，只要它不使得电流通过即可。然而，优选使用具有高柔性并且不会导致线缆型二次电池的柔性劣化的聚合物材料。这种聚合物材料可包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、高密度聚乙烯(HDPE)或环氧树脂。
原则上，导电性防止电磁场中断的层13可以包括高导电性金属。然而，使用这种金属会不利地降低二次电池的柔性。因此，为了防止柔性的降低，根据本发明的导电性防止电磁场中断的层优选包括金属膏或碳膏。
同时，第一多孔涂层23和第二多孔涂层33各自可以是电解质层或隔膜。
可以作为离子通道的电解质层可以包括：使用PEO、PVdF、PVdF-HFP、PMMA、PAN或PVAc的凝胶聚合物电解质；或使用PEO、聚环氧丙烷(PPO)、聚氮丙啶(PEI)、聚硫化乙烯(PES)或聚乙酸乙烯酯(PVAc)的固体电解质；或类似物。固体电解质的基质可包括聚合物或陶瓷玻璃作为基本骨架。在常规聚合物电解质的情况下，即使满足离子传导性，离子也可能在反应速率方面非常缓慢地传输。因此，与固体相比，优选使用有助于离子传输的凝胶聚合物电解质。因为凝胶聚合物电解质不具有优异的机械性能，所以可以使用载体以对此进行补充。这种载体可包括多孔载体或交联聚合物。根据本发明的电解质层还充当隔膜，因此可以避免使用任何额外的隔膜。
根据本发明的一个实施方案，电解质层还可包含锂盐。锂盐改善离子传导性和反应速率，且其非限制性实例可包括LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂肪族羧酸锂、四苯基硼酸锂等。
尽管没有特别限制，但隔膜可以是：由聚烯烃聚合物制成的多孔聚合物基材，所述聚烯烃聚合物选自乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-己烯共聚物和乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物；由如下聚合物制成的多孔聚合物基材，所述聚合物选自聚酯、聚缩醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚醚砜、聚苯醚、聚苯硫醚、聚氨酯和聚萘二甲酸乙二醇酯；由无机粒子和粘合剂聚合物的混合物形成的多孔基材；在多孔聚合物基材的至少一个表面上具有由无机粒子和粘合剂聚合物的混合物形成的多孔涂层的隔膜；或者发泡隔膜，其通过如下得到：将发泡剂与聚烯烃的液相混合，将所得混合物涂布在电极线上，并进行发泡。
本文中，在由无机粒子和粘合剂的混合物形成的多孔涂层中，无机粒子在它们彼此接触的同时通过粘合剂聚合物彼此结合，从而在无机粒子之间形成间隙体积。此外，间隙体积变成空的空间以形成孔。
换句话说，粘合剂聚合物将无机粒子彼此粘附，使得它们可以保持其结合状态。例如，粘合剂聚合物将无机粒子彼此连接并固定。另外，多孔涂层的孔是由无机粒子之间的成为空的空间的间隙体积形成的孔。所述空间由基本上以无机粒子的紧密堆积或致密堆积结构彼此面对的无机粒子所限定的。可以通过多孔涂层的孔提供用于转移锂离子的通道，并且这种通道对于电池的操作是必不可少的。
同时，线缆型二次电池100可以是任意二次电池。然而，优选的是，线缆型二次电池100是可自由弯曲的柔性线缆型二次电池，如图6所示。
这种线缆型二次电池用于向连接到正极线和负极线的预定电子***供应电力。
另外，上述信号线缆沿着线缆型二次电池的纵向将光信号、声音信号、电信号或视频信号传输到目标仪器。
因此，根据本发明，基本上通过一根线缆可以同时实施电力供应功能和信号发送/接收功能。这种信号复合线缆型二次电池可以适当地应用于：连接到便携式电子设备的线缆型仪器如耳机；电力存储***，例如融合了光子网络和二次电池的不间断电源(UPS)；等。
同时，应理解，说明书和附图中描述的实施方案仅以说明的方式给出，并且本发明不限于此。另外，根据该详细描述，本发明范围内的各种改变和修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见。

Claims (11)

1.一种线缆型二次电池，所述线缆型二次电池包含：
线缆型芯部；
正极线，所述正极线以围绕所述线缆型芯部的外表面的方式在预定间隔下螺旋卷绕，并包含形成在其外表面上的第一多孔涂层；和
负极线，所述负极线以与卷绕的正极线交替围绕所述线缆型芯部的外表面的方式在对应所述预定间隔的情况下螺旋卷绕，并包含形成在其外表面上的第二多孔涂层，
其中所述正极线与所述负极线彼此接触，并且在电极卷绕表面上不存在间隔。
2.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，其中所述线缆型芯部包含信号线缆。
3.根据权利要求2所述的线缆型二次电池，其中所述信号线缆具有管状结构、弹簧状结构、圆柱形结构或棱柱形结构。
4.根据权利要求2所述的线缆型二次电池，其中所述信号线缆是选自如下线缆中的任意一种或者它们中的两种以上：声音信号线缆、光信号线缆、电信号线缆和视频信号线缆。
5.根据权利要求2所述的线缆型二次电池，其中所述信号线缆是：涂布有聚烯烃、热塑性弹性体或聚丙烯酸酯的光纤线缆；或铜、铝或镍的金属线缆。
6.根据权利要求2所述的线缆型二次电池，其中所述信号线缆还包含围绕其外表面的防止电磁场中断的层。
7.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，其中所述第一多孔涂层和所述第二多孔涂层各自独立地为电解质层或隔膜。
8.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，所述线缆型二次电池在其外表面上涂布有保护涂层。
9.根据权利要求1所述的线缆型二次电池，所述线缆型二次电池是柔性的。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的线缆型二次电池，所述线缆型二次电池是锂二次电池。
11.根据权利要求2所述的线缆型二次电池，其中所述信号线缆是涂布有热塑性聚氨酯的光纤线缆。
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