CN102104139A - 电极组件及包括该电极组件的二次电池 - Google Patents

电极组件及包括该电极组件的二次电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电极组件及包括该电极组件的二次电池。电极组件包括：正极，包括涂覆在正极集流体的表面上的正极涂覆部分；负极，包括涂覆在负极集流体的表面上的负极涂覆部分；分隔件，在正极和负极之间。正极和负极堆叠，在彼此面对的表面上的正极涂覆部分和负极涂覆部分具有相同的面积，或者正极涂覆部分的面积在允许范围内大于负极涂覆部分的面积。

Description

电极组件及包括该电极组件的二次电池
本申请要求于2009年11月26日提交的第10-2009-0115145号韩国专利申请的优先权和权益，该申请的全部内容通过引用包含于此。
技术领域
本发明的实施例的各方面涉及一种电极组件及包括该电极组件的二次电池。
背景技术
最近，随着电子、通信和计算机工业的快速发展，便携式电子设备的供应在增加。主要使用能再充电的二次电池作为便携式电子设备的电源。
典型的二次电池包括电极组件，所述电极组件包括设置在正极和负极之间并使正极和负极绝缘的分隔件。
发明内容
根据本发明的实施例的各方面，在电极组件和包括该电极组件的二次电池中，正极涂覆部分的面积与负极涂覆部分的面积相同，或者正极涂覆部分的面积在允许范围内大于负极涂覆部分的面积。
根据本发明的实施例的一方面，在电极组件和包括该电极组件的二次电池中，正极和负极容易对准，从而减少或防止由于对准误差导致的结构不稳定和/或化学不稳定。
根据本发明的一个实施例，电极组件包括：正极，包括涂覆在正极集流体的表面上的正极涂覆部分；负极，包括涂覆在负极集流体的表面上的负极涂覆部分；分隔件，在正极和负极之间，用于使正极和负极绝缘，正极和负极堆叠，并且正极的所述表面和负极的所述表面彼此面对，在彼此面对的表面上的正极涂覆部分和负极涂覆部分具有相同的面积，或者正极涂覆部分的面积在第一允许范围内大于负极涂覆部分的面积。
根据本发明的另一实施例，一种二次电池包括：电极组件；袋，容纳电极组件；电路保护模块，电连接到电极组件，电极组件包括：正极，包括涂覆在正极集流体的表面上的正极涂覆部分；负极，包括涂覆在负极集流体的表面上的负极涂覆部分；分隔件，在正极和负极之间，用于使正极和负极绝缘，正极和负极堆叠，并且正极的所述表面和负极的所述表面彼此面对，在彼此面对的表面上的正极涂覆部分和负极涂覆部分具有相同的面积，或者正极涂覆部分的面积在第一允许范围内大于负极涂覆部分的面积。
第一允许范围可以是正极涂覆部分的面积的大约0.3％。
正极的面积可与负极的面积相同，或者正极的面积可在第二允许范围内大于负极的面积。
第二允许范围可以是正极的面积的大约0.3％。
分隔件可包括无纺布。
分隔件可包括从由聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈和聚偏二氟乙烯六氟丙烯组成的组中选择的材料。
正极涂覆部分可包含锂钛氧化物。正极涂覆部分可涂覆在正极的表面的除了正极接线片之外的全部区域上，负极涂覆部分可涂覆在负极的表面的除了负极接线片之外的全部区域上。正极涂覆部分还可涂覆在正极集流体的与正极集流体的所述表面面对的另一表面上，负极涂覆部分还可涂覆在负极集流体的与负极集流体的所述表面面对的另一表面上。
电极组件可以是堆叠式电极组件。
附图说明
通过参照附图详细描述本发明的一些示例性实施例，上述和其他特征和优点将对本领域普通技术人员变得更加清楚，在附图中：
图1是根据本发明的示例性实施例的电极组件的透视图；
图2是图1的电极组件的分解图；
图3是图1的电极组件的一部分的分解图；
图4是根据本发明另一示例性实施例的二次电池的部分拆分视图；
图5是示出在根据本发明实施例的二次电池中没有明显出现膨胀的曲线图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述一些示例性实施例；然而，本发明的实施例可以以不同的形式实施，并且不应理解为局限于在此示出和阐述的示例性实施例。相反，以示例的方式提供这些示例性实施例来理解本发明并把本发明的范围传达给本领域技术人员。
在附图中，为了示出的清楚，可夸大层和区域的尺寸。还应理解的是，当层或元件被称作“在”另一层或基底“上”时，该层或元件可以直接在另一层或基底上，或者也可存在中间层。此外，应该理解的是，当层被称作“在”另一层“下”或“在”另一层“上方”时，该层可以分别直接地在另一层下或在另一层上方，或者也可存在一个或多个中间层。另外，还应理解的是，当层被称作“在”两个层“之间”时，该层可以是所述两个层之间的唯一层，或者也可存在一个或多个中间层。相同的标号始终表示相同的元件。
图1示出了根据本发明示例性实施例的电极组件。图2示出了图1的电极组件的拆分状态。图3示出了图1的电极组件的一部分的拆分状态。
参照图1至图3，根据本发明示例性实施例的电极组件100包括正极110、负极120和分隔件130。
在正极110中，正极涂覆部分112涂覆在正极集流体的相对的第一表面116和第二表面118中的至少一个上。在一个实施例中，正极集流体由铝或铝合金形成。可选地，正极集流体可由任何其他合适的材料形成。
在一个实施例中，正极涂覆部分112包含锂钛氧化物(LTO)。可选地，正极涂覆部分112可由任何其他合适的材料或材料的组合物形成。
在负极120中，负极涂覆部分122涂覆在负极集流体的相对的第一表面126和第二表面128中的至少一个上。在一个实施例中，负极集流体由铜或铜合金形成。可选地，负极集流体可由任何其他合适的材料形成。
在一个实施例中，负极涂覆部分122包含可以嵌入和脱嵌锂离子的一种或多种负极活性材料。负极活性材料可包括结晶碳或非晶碳或者碳基负极活性材料的碳组合物。然而，负极活性材料不限于上述材料，相反，可选地，负极活性材料可包括任何其他合适的材料。
分隔件130置于正极110和负极120之间，以使正极110和负极120彼此绝缘。
根据一个实施例，分隔件130由无纺布形成。
在一个实施例中，分隔件130包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈和/或聚偏二氟乙烯六氟丙烯。可选地，分隔件130可由任何其他合适的材料或材料的组合形成。
在一个实施例中，如图2所示，分隔件130置于正极110和负极120之间，并且还覆盖电极组件100的最外部分(具体地说，位于电极组件100的最外部分的正极110或负极120)并使电极组件100的最外侧部分绝缘。根据上述实施例，分隔件130被构造为使正极110和负极120绝缘，并也使电极组件100与其他器件绝缘。
在一个实施例中，电极组件100是堆叠式电极组件，其中，如图3所示，正极110、分隔件130和负极120重复地堆叠。虽然未在图3中示出，但是在一个实施例中，如图2所示，分隔件130堆叠在正极110的上部或负极120的下部，从而使堆叠在正极110的上部的负极120或堆叠在负极120的下部的正极110与外部绝缘。
在形成在正极110的正极集流体的一个表面(例如，第二表面118)上的正极涂覆部分112以及形成在负极120的负极集流体的与正极110的所述一个表面(例如，第二表面118)相对的一个表面(例如，第一表面126)上的负极涂覆部分122中，在彼此面对的表面上的正极涂覆部分112和负极涂覆部分122具有相同的面积，或者正极涂覆部分112的面积在允许范围内大于负极涂覆部分122的面积。在一个实施例中，允许范围是正极涂覆部分112的面积的大约0.3％。
在根据一个实施例的正极110中，正极涂覆部分112涂覆在正极集流体的第一表面116或第二表面118上。在另一实施例中，正极涂覆部分既涂覆在第一表面116上又涂覆在第二表面118上。相似地，在一个实施例中，负极涂覆部分122涂覆在负极120的负极集流体的第一表面126或第二表面128上。然而，在另一实施例中，负极涂覆部分既涂覆在第一表面126上又涂覆在第二表面128上。
在一个实施例中，如图3所示，正极110、分隔件130和负极120以正极110/分隔件130/负极120的顺序堆叠。此外，如图2所示，在一个实施例中，堆叠的顺序是分隔件130/正极110/分隔件130/负极120/分隔件130。
在正极110中，在一个实施例中，正极涂覆部分112涂覆在正极集流体的除了正极接线片114之外的全部区域。在负极120中，在一个实施例中，负极涂覆部分122涂覆在负极集流体的除了负极接线片124之外的全部区域。在一个实施例中，电极组件100的正极110和负极120的面积相同(例如，正极集流体和负极集流体具有相同的尺寸)，或者正极110的面积可在允许范围内大于负极120的面积。在一个实施例中，允许范围是正极110的面积的大约0.3％。
在根据一个实施例的正极组件100中，如图3所示，正极110的面积与负极120的面积相同或基本相同，结果，正极110和负极120能够容易地对准。正极110和负极120的可对准性防止或减少了由于正极110和负极120的对准误差而导致的结构不稳定性和化学不稳定性。
根据另一实施例，正极110的尺寸可与负极120的尺寸不同。然而，如上所述，涂覆在正极110的正极集流体上的正极涂覆部分112和涂覆在负极120的负极集流体上的负极涂覆部分122具有相同的面积，或者正极涂覆部分112的面积在允许范围内大于负极涂覆部分122的面积。也就是说，正极110的正极集流体和负极120的负极集流体可具有彼此不同的尺寸，然而形成在正极集流体的任意一个表面上的正极涂覆部分112的面积与形成在负极集流体的任意一个表面(例如，负极集流体的与正极集流体的所述表面面对的表面)上的负极涂覆部分122的面积相同，或者正极涂覆部分112的面积应当在允许范围内大于负极涂覆部分122的面积。
图4示出了根据本发明的另一示例性实施例的包括电极组件的二次电池。
参照图4，根据示例性实施例的包括电极组件的二次电池200包括以上已经参照图1至图3描述的电极组件100、外壳210和电路保护模块220。
根据一个实施例，外壳210包括主体212和盖214。
在一个实施例中，主体212包括容纳部分212a和密封部分212b，容纳部分212a是用于容纳或放置电极组件100的空间，密封部分212b从容纳部分212a的敞开区域向外延伸。
在一个实施例中，盖214从主体212的密封部分212b的边缘延伸，并且盖214可以可旋转地或铰接地关于密封部分212b的边缘打开和关闭，以将电极组件100容纳在外壳210中。
在一个实施例中，盖214包括与主体212的容纳部分212a对应的覆盖区214a以及与主体212的密封部分212b对应的密封部分214b。盖214的覆盖区214a覆盖主体212的容纳部分212a，盖214的密封部分214b与主体212的密封部分212b密封。
在根据一个实施例的二次电池200中，电极组件100容纳或放置在容纳部分212a中，并且主体212的密封部分212b和盖214的密封部分214b例如通过热结合工艺密封。
在一个实施例中，二次电池200包括：正极引线216，从电极组件100的正极接线片114延伸，堆叠的正极110的正极接线片114彼此连接；负极引线218，从电极组件100的负极接线片124延伸，堆叠的负极120的负极接线片124彼此连接。
在一个实施例中，电路保护模块220通过正极引线216和负极引线218电连接到电极组件100。
在一个实施例中，电路保护模块220包括被构造为控制二次电池200的控制装置222。
在一个实施例中，电路保护模块220被构造为控制二次电池200的充电/放电。
在一个实施例中，电路保护模块220包括被构造为将二次电池200连接到外部设备或装置的外部端子224。
图5示出了示出根据示例性实施例的包括电极组件的二次电池中没有明显出现膨胀的曲线图。
图5的曲线图示出了随时间测量二次电池的厚度的膨胀测试的结果。图5中示出的结果与以下测试对应：对包括电极组件100的两个二次电池200(在图5的曲线中用A1和A2表示)执行的膨胀测试；对包括正极涂覆部分与负极涂覆部分的面积比为1.05(即，正极涂覆部分的面积比负极涂覆部分的面积大得超过以上参照电极组件100描述的允许范围的量)的电极组件的两个二次电池(在图5的曲线中用B1和B2表示)执行的膨胀测试；对包括负极涂覆部分与正极涂覆部分的面积比为1.05并且负极涂覆部分的面积大于正极涂覆部分的面积的两个二次电池(在图5的曲线中用C1和C2表示)执行的膨胀测试。
在图5中示出了膨胀测试的结果，膨胀测试是在55℃的温度对二次电池充电/放电来测量二次电池的厚度随时间的变化的测试。图5示出了二次电池的厚度随时间的变化，更具体地说，图5示出了从0天至30天的从大约4.5mm的初始厚度的厚度变化。
参照图5，在根据本发明实施例的包括电极组件100的二次电池200中，可以看出没有明显出现膨胀。
也就是说，如图5中的曲线图所示，在根据本发明实施例的包括电极组件100的二次电池200中，如通过标号A1和A2的数据所示，可以看出即使在长时间执行膨胀测试的情况下，厚度也没有显著变化。
另一方面，对于彼此面对的正极涂覆部分和负极涂覆部分的面积比为1.05并且正极涂覆部分的面积比负极涂覆部分的面积大得超过参照电极组件100描述的允许范围的量的二次电池，从图5可以看出，如通过标号B1和B2的数据所示，厚度变化大。此外，对于负极涂覆部分和正极涂覆部分的面积比为1.05并且负极涂覆部分的面积大于正极涂覆部分面积的二次电池，从图5也可看出，如通过标号C1和C2的数据所示，厚度变化大。
因此，在根据本发明的实施例的包括电极组件100的二次电池200中，图5的曲线图示出了膨胀量小。
根据本发明的示例性实施例，正极涂覆部分的面积与负极涂覆部分的面积相同，或者正极涂覆部分的面积在允许的范围内大于负极涂覆部分的面积。
此外，根据本发明的示例性实施例，由于容易使正极和负极对准，所以可减少或防止由于对准误差而导致的结构不稳定性和化学不稳定性。
已经在此公开了一些示例性实施例，虽然使用了特定的术语，但是仅以一般的和描述性的意思来使用这些术语，而不是出于限制性的目的。因此，本领域普通技术人员应该理解，在不脱离如权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (12)

1.一种电极组件，所述电极组件包括：
正极，包括涂覆在正极集流体的表面上的正极涂覆部分；
负极，包括涂覆在负极集流体的表面上的负极涂覆部分；
分隔件，在正极和负极之间，用于使正极和负极绝缘，
其中，
正极和负极堆叠，并且正极的所述表面和负极的所述表面彼此面对，
在彼此面对的所述表面上的正极涂覆部分和负极涂覆部分具有相同的面积，或者正极涂覆部分的面积在第一允许范围内大于负极涂覆部分的面积。
2.如权利要求1所述的电极组件，其中，第一允许范围小于正极涂覆部分的面积的5％。
3.如权利要求2所述的电极组件，其中，第一允许范围为正极涂覆部分的面积的0.3％。
4.如权利要求1所述的电极组件，其中，正极的面积与负极的面积相同，或者正极的面积在第二允许范围内大于负极的面积。
5.如权利要求4所述的电极组件，其中，第二允许范围为正极的面积的0.3％。
6.如权利要求1所述的电极组件，其中，分隔件包括无纺布。
7.如权利要求6所述的电极组件，其中，分隔件包括从由聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈和聚偏二氟乙烯六氟丙烯组成的组中选择的材料。
8.如权利要求1所述的电极组件，其中，正极涂覆部分包含锂钛氧化物。
9.如权利要求1所述的电极组件，其中，正极涂覆部分涂覆在正极的表面的除了正极接线片之外的全部区域上，负极涂覆部分涂覆在负极的表面的除了负极接线片之外的全部区域上。
10.如权利要求1所述的电极组件，其中，正极涂覆部分还涂覆在正极的表面的与正极的所述表面面对的另一表面上，负极涂覆部分还涂覆在负极的表面的与负极的所述表面面对的另一表面上。
11.如权利要求1所述的电极组件，其中，电极组件是堆叠式电极组件。
12.一种二次电池，所述二次电池包括：
根据前述任意一项权利要求所述的电极组件；
袋，容纳电极组件；
电路保护模块，电连接到所述电极组件。
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