CN103765665A - 具有阶梯式部分的电极组件和包括该电极组件的电池单元、电池组和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电极组件，其中在所述电极的两侧的每一个上布置了至少一个隔离膜片，并且其中交替地堆叠至少一个阴极和至少一个阳极的多个单元电池被堆叠，单元电池的至少一个相对于相邻的单元电池在面积上具有不同，并且包括由不同的面积形成的一个或多个阶梯式部分。此外，本发明涉及包括该电极组件的电池单元、电池组和装置。

Description

具有阶梯式部分的电极组件和包括该电极组件的电池单元、电池组和装置
技术领域
本发明涉及电极组件以及包括该电极组件的电池单元、电池组和装置，并且更具体的涉及通过堆叠具有不同的大小的至少两个单元电池以在电极组件上形成阶梯式部分而形成的电极组件，以及包括该电极组件的电池单元、电池组和装置。
背景技术
对于二次电池的需求已经随着移动装置的开发和越来越多的使用显著地增加，并且具体上，锂二次电池因为其高能量密度、高工作电压、易于储存的特性和较长的预期使用期限而正在被广泛用作在诸如移动装置的各种电子产品中的电源。
通常，通过在电池壳体内布置电极组件和电解质并且密封电池壳体来形成锂二次电池。锂二次电池可以根据其形状被分类为成圆柱的、棱柱的和袋状类型的电池，并且根据其中使用的电解质的类型而被分类为锂离子电池、锂离子聚合物电池和锂聚合物电池。
随着移动装置的大小已经减小，对于薄棱柱或袋状电池的需求已经增大，并且具体地说，袋状类型的电池值得注意，因为袋状类型的电池相对轻，并且可以容易地变形以具有期望的形状，并且以低成本被制造。
近来的移动装置相对小并且具有各种形状。因为这些技术趋势，所以其中堆叠相同的电池单元电池的电池可能不适合于这样的移动装置，因为可能难以在其中没有任何无效空间的情况下匹配这样的电池和移动装置的形状。因此，必须开发用于移动装置的具有各种形状的电池。
因此，对于具有阶梯形状的电池具有越来越多的需求。如果根据其中将容纳电池的装置的形状来确定电池的形状（阶梯化），则可以最小化无效空间以有效地使用装置的内部空间。换句话说，通过设计具有阶梯形状的电池，可以增大电池的容量。
即，需要开发具有高的容量程度并且可以根据电池将附接到的装置的形状而具有不同的形状的电极组件和电池。
发明内容
技术问题
本发明的一个方面提供了一种具有满意的电容量特性、纤细的形状和结构优点的电极组件，以允许各种设计的实现。
本发明的方面也提供了包括电极组件的电池单元、电池组和装置。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，提供了一种具有阶梯式部分的电极组件。所述电极组件可以包括分别包括交替地堆叠的至少一个负电极和至少一个正电极的单元电池的堆叠，其中，在所述电极的两侧的每一个上布置至少一个隔离物，并且所述单元电池的至少一个具有与相邻的单元电池的面积不同的面积，以在所述电极组件上形成至少一个阶梯式部分。
例如，可以在所述电极组件上形成一个或两个阶梯式部分。
在本发明的方面中，所述电极组件可以进一步包括具有负或正极性的至少一个单个电极。所述单个电极可被布置于在所述单元电池的堆叠方向上的所述电极组件的上侧或下侧上，并且所述单个电极可以连同相邻的单元电池形成阶梯式部分。
在本发明的特定实施例中，所述单元电池可以包括堆叠/折叠类型的单元电池、包卷类型的单元电池、层叠并堆叠类型的单元电池及其组合的至少一个，并且所述电极组件可以进一步包括具有负或正极性的至少一个单个电极。
可以在至少一个矩形隔离物上布置至少一个负电极、至少一个正电极、和其中堆叠至少一个正电极和至少一个负电极并且在其间插入隔离物的单元电池，并且可以通过折叠所述至少一个矩形隔离物来形成所述堆叠/折叠类型的单元电池。
所述堆叠/折叠类型的单元电池、所述包卷类型的单元电池、所述层叠并堆叠类型的单元电池或其组合可以包括至少一个阶梯式部分。
在本发明的方面中，所述单元电池的至少一个和与其相邻的单元电池可以具有相互面向的电极，并且所述相互面向的电极的具有相对大面积的之一可以是负电极。
在其他实施例中，所述负电极可以包括将其一侧或两侧涂敷了负电极活性材料的负电极集电器，并且所述正电极可以包括将其一侧或两侧涂敷了正电极活性材料的正电极集电器，其中，被涂敷了所述负电极活性材料的所述负电极集电器的面积可以等于或大于被涂敷了所述正电极活性材料的所述正电极集电器的面积。
另外，在所述单元电池的堆叠方向上在所述电极组件的上和下侧上定位的电极的至少一个可以是负电极或正电极。此时，所述正电极可以是单侧涂敷的正电极，并且所述单侧涂敷的正电极的未涂敷侧可以面向外部。在本发明的方面中，所述负和正电极可以分别包括电极接片，并且具有相同极性的电极接片可以被彼此电连接。
所述负和正电极的电极接片可以被附接到所述电极的相同侧，使得所述电极接片可以从所述电极组件的相同侧突出，或者，所述电极接片可以被附接到所述电极的不同侧，使得所述电极接片可以从所述电极组件的不同侧突出。此时，具有相同极性的电极接片可以被附接到所述电极的相同侧。
所述电极接片可以具有相同的大小或不同的大小。
在特定实施例中，所述单元电池的至少一个可以具有与其其他角不同地成形的角。
例如，所述单元电池的至少一个可以具有至少一个弧形角，或者，所述单元电池的至少一个可以具有两个或多个弧形角。在后一种情况下，所述弧形角可以具有相同的曲率或不同的曲率。
在另一个示例中，所述单元电池的两个或多个的每一个可以具有至少一个弧形角，并且所述弧形角的至少一个可以具有与其他弧形角的曲率不同的曲率。
在特定实施例中，所述电极组件的邻近电极的至少一个可以被布置在所述邻近电极的边界内的其相邻电极上。
例如，所述单元电池的面积可以在所述单元电池的堆叠方向上减小，并且可以以下述方式来堆叠所述单元电池，使得所述单元电池的角排成一线或者所述单元电池的中心排成一线。
在特定实施例中，所述单元电池可以具有相同的厚度或不同的厚度。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电池单元，包括：所述电极组件；以及容纳所述电极组件的电池壳体。所述电池壳体可以是袋状类型的壳体。所述电池壳体可以具有与所述电极组件的形状对应的阶梯式或倾斜式部分。
所述电池单元可以是锂离子二次电池单元或锂离子聚合物二次电池单元。
根据本发明的另一个方面，提供了一种包括电池单元或多个这样的电池单元的装置。所述装置的系统部件可以被布置在所述电池单元的剩余空间中。所述装置可以是蜂窝电话、便携计算机、智能电话、智能平板电脑、上网本、轻型电动车辆（LEV）、电动车辆、混合动力电动车辆、插入式混合动力电动车辆或者蓄电装置。
有益效果
根据本发明的一个方面，可以提供具有各种形状的电极组件，以有效地应对在移动装置中的迅速改变的技术趋势并且实现各种电池设计。
根据本发明的另一个方面，移动装置可以具有由电池设计引起的较少的无效空间，并且因此具有空间效率。另外，可以增大电池单元的容量。
根据本发明的另一个方面，不同类型的电极可以在具有不同大小的电极组件的单元电池之间的界面区域中面向彼此。因此，电化学反应可以在界面区域中发生，以增大电池的输出功率。
附图说明
图1是图示根据本发明的一个实施例的电极组件的示意截面图，其中，以阶梯式方式堆叠堆叠类型的单元电池使得电极组件可以具有阶梯式部分；
图2和3是图示根据本发明的实施例的、包括单个电极的电极组件的阶梯和堆叠结构的示意图；
图4至6是图示根据本发明的实施例的、其中组合堆叠类型的单元电池和其他单元电池的电极组件的阶梯和堆叠结构的示意图；
图7至9是图示根据本发明的实施例的、其中组合堆叠类型的单元电池和其他阶梯式单元电池的电极组件的阶梯和堆叠结构的示意图；
图10是图示根据本发明的一个实施例的、其中组合堆叠类型的单元电池、其他单元电池和单个电极的电极组件的阶梯和堆叠结构的示意图；
图11至13是图示根据本发明的实施例的、被用作单元电池的示例性层叠并堆叠类型的单元电池的示意图；
图14是图示根据本发明的实施例的、其中每一个具有单个阶梯式部分的示例性电极组件的示意图；
图15是图示根据本发明的实施例的、具有阶梯式部分的电极组件的示意截面图；
图16至22是图示根据本发明的实施例的具有阶梯式部分的电池单元的透视图；
图23是图示根据本发明的一个实施例的电极接片的堆叠结构的平面图（a）和前视图（b）；以及
图24和25是图示根据本发明的实施例的、包括电极组件的袋状类型的二次电池（电池单元）的示意图。
具体实施方式
以下，将参考附图来详细描述本发明的实施例。附图被附加到此以有助于解释本发明的示例性实施例，并且本发明不限于该附图和实施例。在附图中，为了清楚或简洁，可能在大小上夸大、缩小或省略一些元件。
在本发明的实施例中，可以通过堆叠多个单元电池来形成电极组件。在该单元电池中，交替地堆叠正和负电极，并且在该电极的两侧的每一个上布置至少一个隔离物。即，可以在正和负电极之间布置隔离物，并且诸如该电极组件的最外电极的、具有其上未布置其他电极的一侧的电极可以被隔离物覆盖。在下面的说明中，虽然未给出隔离物的说明，但是可以在电极的两侧上布置隔离物，除非另外指定。
可以用于形成该单元电池的该负和正电极与隔离物的材料不限于特定材料。例如，也可以在本发明的实施例中使用通常用于形成负和正电极与隔离物的任何材料。
例如，可以通过下述方式来制作负电极：使用铜（Cu）、镍（Ni）、铝（Al）或其至少一个组合来制作负电极集电器，并且使用选自锂、锂合金、碳、石油焦、活性炭、石墨、硅化合物、锌化合物、钛化合物和合金或其组合的至少一种负电极活性材料来涂敷负电极集电器的一侧或两侧。然而，本发明不限于此。
例如，可以通过下述方式来制作正电极：使用铝（Al）、镍（Ni）、铜（Cu）或其组合来制作正电极集电器，并且使用诸如锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂铁磷酸盐或其组合或复合氧化物的正电极活性材料来涂敷正电极集电器的一侧或两侧。
参见图1，在具有相同大小的单元电池中，负和正电极集电器21和31具有相同的大小。可以使用负和正电极活性材料22和32来涂敷负和正电极集电器21和31的整个表面，或者，可以不使用负和正电极活性材料22和32来涂敷负和正电极集电器21和31的边缘区域。在前一种情况下，负和正电极20和30可以具有相同的大小。
在前一种情况下，在电池反应期间，锂可以从正活性材料32沉淀，从而降低电池的性能。因此，在一些情况下，使用正电极活性材料涂敷的正电极的面积可以小于使用负电极活性材料涂敷的负电极的面积，以便防止锂从正活性材料32的沉淀。
在该电极中，可以使用相同数量或不同数量的电极活性材料来涂敷电极集电器。在后一种情况下，该电极可以具有不同的厚度。
隔离物的每一个可以是由具有细孔的材料形成的多层膜，该材料例如是聚乙烯、聚丙烯或它们的组合。在另一示例中，隔离物的每一个可以是用于固体或凝胶型聚合物电解质的聚合物膜，例如聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯-共-六氟丙烯（polyvinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene）膜的聚合物膜。另外，隔离物的每一个可以包括陶瓷材料。
根据本发明的实施例，在单元电池中，交替地堆叠负和正电极，并且在其间插入隔离物。可以在单个单元电池（称为单电池）中堆叠负电极和正电极，或者，可以在单个单元电池中堆叠两个负或正电极和一个正或负电极。即，在后一种情况下，可以在单个单元电池（称为C类型的双电池）中的两个负电极之间布置一个正电极，或者，可以在单个单元电池（称为A类型的双电池）中的两个正电极之间布置负电极。单元电池可以包括单电池、A类型的双电池、C类型的双电池或其组合。
根据本发明的其他实施例，除了上述方法之外，分别包括至少一个正电极和至少一个隔离物的层叠也可以形成为单元电池，并且该单元电池可以被堆叠以形成电极堆叠（该方法现在将被称为层叠并堆叠方法）。即，在本发明的实施例中，可以通过上述方法或层叠并堆叠方法来制造电极堆叠或电极组件。
在使用层叠并堆叠方法来形成电极堆叠的情况下，电极堆叠的每一个单元电池的结构不限于特定结构，只要每一个单元电池包括至少一个正电极、至少一个负电极和至少一个隔离物。
然而，对于简单和经济的制造处理，使用层叠并堆叠方法形成的电极堆叠的每一个单元电池可以具有负电极/隔离物/正电极/隔离物或隔离物/负电极/隔离物/正电极的基本结构。在特定实施例中，每一个单元电池可以包括一个或多个基本结构。
而且，使用层叠并堆叠方法形成的电极堆叠可以仅包括具有上述的基本结构的电极单元，或者可以包括具有上述基本结构的电极单元和具有一个或多个不同结构的其他电极单元。
图11至13图示了使用层叠并堆叠方法形成的电极堆叠的各个示例。
图11图示了使用层叠并堆叠方法形成的包括电极单元65的电极堆叠。电极单元65的每一个具有隔离物50/负电极20/隔离物50/正电极30的基本结构。取代在图11中所示的隔离物/负电极/隔离物/正电极的基本结构，电极单元65的每一个可以具有隔离物/正电极/隔离物/负电极（负和正电极的位置被改变）的基本结构。如果电极单元的基本结构是在图11中所示的隔离物/负电极/隔离物/正电极结构，则由这样的电极单元形成的电极堆叠的最外（最上）正电极可以不被隔离物覆盖，而是可以被暴露到外部。在该情况下，最外正电极可以是单侧被涂敷的正电极，其暴露侧不被涂敷活性材料，以便优化电池的容量或电极单元的设计。虽然在图11中所示的电极单元65的每一个具有相同的基本结构，但是本发明不限于此。例如，具有两个或多个各自的相同或不同基本结构的电极单元可以被堆叠以形成电极堆叠。
图12图示了通过堆叠具有隔离物50/负电极20/隔离物50/正电极20的基本结构的电极单元66和具有隔离物50/负电极20/隔离物50的基本结构的电极单元形成的电极堆叠。在图12中，因为最外（最上）的电极单元具有隔离物50/负电极20/隔离物50的基本结构，所以可以不暴露正电极，并且可以增大电池的容量。类似地，在具有暴露的最上负电极的电极堆叠的情况下，可以在暴露的最上负电极上布置具有隔离物/正电极/隔离物的基本结构的电极单元，以最大地利用最上负电极的容量。
图13图示了通过堆叠具有负电极20/隔离物50/正电极30/隔离物50的基本结构的电极单元68和具有负电极20/隔离物50/正电极30/隔离物50/负电极20的基本结构的电极单元67而形成的电极堆叠。在图13中，因为最外（最上）的电极单元具有负电极20/隔离物50/正电极30/隔离物50/负电极20的基本结构，所以可以不暴露正电极，并且可以增大电池的容量。
如图12和13中所示，使用层叠并堆叠方法形成的电极堆叠包括具有上述基本结构的电极单元。除了电极单元之外，电极堆叠可以进一步包括单个电极、单个隔离物或具有不同布置和结构的单元电池。例如，在堆叠具有上述基本结构的电极单元后，可以在堆叠的电极单元的最外侧或两个最外侧上布置单个电极、单侧被涂敷的电极、隔离物或具有不同布置和结构的单元电池，以便覆盖暴露的正电极或增大电池的容量。在图12和13中所示的电极堆叠中，最上电极单元具有与其他电极单元的结构不同的结构。然而，本发明不限于此。例如，电极堆叠的最下电极单元可以具有与电极堆叠的其他电极单元的结构不同的结构，或者，电极堆叠的最上和最下电极单元可以具有与电极堆叠的其他电极单元的结构不同的结构。
根据本发明的实施例，可以通过下述方式来形成每一个单元电池：如上所述组合单个电极，或者，折叠其上布置了单个电极或子单元电池的隔离物（堆叠/折叠类型）。在后一种情况（堆叠/折叠类型）下，可以通过下述方式来形成单元电池：制备长得足以在其上布置两个或多个电极的矩形隔离物，在矩形隔离物上布置一个或多个负电极和一个或多个正电极，并且在一个方向上折叠矩形隔离物（缠绕类型）；或者，可以通过下述方式来形成单元电池：在矩形隔离物的一侧或两侧上交替地布置一个或多个负电极和一个或多个正电极，并且以曲折方式将矩形隔离物折叠一次或多次（Z折叠类型）。另外，可以通过下述方式来形成单元电池：在矩形隔离物的两侧上布置负和正电极，并且卷起隔离物以具有螺旋形状（包卷类型）。
然而，本发明不限于此。即，可以在本发明的实施例中使用其中交替地堆叠至少一个负电极和至少一个正电极的任何单元电池。
在本发明的实施例中，可以通过下述方式来形成电极组件：堆叠具有不同面积的单元电池，使得该电极组件可以具有阶梯式部分（以下，具有一个或多个阶梯式部分的电极组件也被称为阶梯式电极组件）。例如，参见图1，堆叠其中交替地布置正电极30和负电极20的单元电池，使得可以在具有不同面积的每两个单元电池之间形成阶梯式部分。以这种方式，可以根据电池的形状在电极组件1上形成一个或多个阶梯式部分。
在本发明的实施例中，不限制电极组件的阶梯式部分的数量。例如，可以通过堆叠具有三个不同面积的电极堆叠来形成具有两个阶梯式部分的电极组件。在另一个示例中，可以通过堆叠具有两个不同面积的电极堆叠来形成具有单个阶梯式部分的电极组件。在另一个示例中，可以形成具有三个或更多阶梯式部分的电极组件。在下面的说明中，将作为非限定性示例主要描述其中每一个具有两个阶梯式部分的电极组件。
在包括具有不同面积的两个相邻单元电池之间形成的阶梯式部分的电极组件1中，两个相邻单元电池的相互接触的电极可以具有不同的极性。在这种情况下，电池反应可以在相互接触的电极之间的界面处发生，以增大电池的容量。
此时，在相对大的单元电池中包括的相互接触的电极的一个可以是负电极20。详细而言，当具有不同面积的电极组件的两个单元电池彼此接触并且在其间插入隔离物时，该两个单元电池的相对大的一个在其中该相对大的一个被隔离物覆盖的状态中被部分地暴露，并且位于相对大的单元电池的部分暴露侧上的电极可以是负电极20。因为正电极30被涂敷包含锂的正电极活性材料32，所以如果暴露了正电极30，则锂可能从正电极30的暴露侧沉淀，从而减小电池的预期使用期限或稳定性。
因为该原因，参见图1，通过堆叠单元电池而形成的电极组件1的最上和最下电极可以是负电极20。替代地，电极组件1的最上和最下电极可以是正电极30。然而，在这种情况下，正电极30的暴露侧可以不被涂敷正电极活性材料32。即，正电极30可以是单侧被涂敷的电极33。
如上所述，可以通过堆叠各种单元电池来形成本发明的实施例的电极组件1。例如，如图1中所示，可以堆叠每一个具有正电极30、隔离物40和负电极20的单元电池（堆叠类型的单元电池）51。在本发明的实施例中，在电极组件中堆叠的堆叠类型的单元电池可以是在图1中所示的单电池、A类型的双电池和C类型的双电池的组合或单电池、A类型的双电池和C类型的双电池的组合。替代地，可以取代堆叠类型的单元电池使用层叠并堆叠类型的单元电池。
如图2和3中所示，具有阶梯式部分的电极组件1可以包括单个电极10。可以在电极组件1的最外侧上布置单个电极10。参见图2，在电极组件1的下侧上布置单个负电极10，以连同上单元电池51形成阶梯式部分。取而代之，可以在电极组件1的底侧上布置单个正电极10。然而，在这种情况下，锂可能如上所述地沉淀。
参见图3，在电极组件1的上侧上布置具有相对小的大小的单个正电极10，以连同下单元电池51形成阶梯式部分。在这种情况下，单个正电极10可以是单侧被涂敷的正电极，并且单个正电极10的未涂敷侧可以面向外部（向上）。
在图1至3中，在电极组件1的上侧或下侧上布置单个电极10。然而，可以根据电极组件1的阶梯式结构在电极组件1的上侧和下侧两者上布置单个电极10。例如，如果电极组件1具有向内减小的宽度，则可以在电极组件1的上侧和下侧两者上布置单个电极10。
在特定实施例中，可以在通过堆叠具有相同面积的单元电池而形成的电极堆叠的中间布置单个电极10。在这种情况下，单个电极10可以不与单元电池的其他电极相互区别，并且因此可以被当作单元电池。
在本发明的实施例中，电极组件1可以具有通过下述方式形成的阶梯式部分：适当地堆叠堆叠/折叠类型的单元电池61和62、包卷类型的单元电池63或其组合。可以通过下述方式来形成折叠类型的单元电池61和62的每一个：在矩形隔离物40上布置单个电极10或子单元电池，并且折叠矩形隔离物40。在这种情况下，可以在一个方向上缠绕（缠绕类型，由参考标记62表示）或以曲折方式折叠（Z折叠类型，由参考标记61表示）矩形隔离物40。可以改变缠绕类型的单元电池62的缠绕方向。例如，可以通过下述方式来形成缠绕类型的单元电池62：顺时针缠绕矩形隔离物40，并且然后逆时针地连续缠绕矩形隔离物40。
在图4至6中图示了其示例。图4图示了通过组合堆叠类型的单元电池53和堆叠/折叠类型（Z折叠类型）的单元电池61而形成的阶梯式电极组件1的示例。图5图示了通过组合堆叠类型的单元电池51和堆叠/折叠类型（缠绕类型）的单元电池62而形成的阶梯式电极组件1的示例。图6图示了通过组合堆叠类型的单元电池51和53与包卷类型的单元电池63而形成的阶梯式电极组件1的示例。
在本发明的特定实施例中，阶梯式电极组件1可以包括阶梯式堆叠/折叠类型的单元电池61或62、阶梯式包卷类型的单元电池63或其组合。在图7至9中图示了其示例。图7图示了包括堆叠类型的单元电池51和阶梯式堆叠/折叠类型（缠绕类型）的单元电池62的阶梯式电极组件1的示例。图8图示了包括堆叠类型的单元电池51和53与阶梯式堆叠/折叠类型（Z折叠类型）的单元电池61的阶梯式电极组件1的示例。图9图示了包括堆叠类型的单元电池51和阶梯式包卷类型的单元电池63的阶梯式电极组件1的示例。
在本发明的特定实施例中，阶梯式电极组件1可以包括单个电极10。可以如上所述交替地堆叠阶梯式电极组件1的正和负电极30和20。然而，在一些情况下，可以不交替地堆叠阶梯式电极组件1的正和负电极30和20，并且正电极30或负电极20可以面向彼此。在这种情况下，可以在相互面向的正电极30或负电极20之间布置具有不同极性的单个电极10，使得可以交错正和负极性。
如上所述，当堆叠具有不同面积的单元电池以形成堆叠部分时，可能优选的是，单元电池的相互面向的电极的相对大的电极是负电极20。然而，在一些情况下，相互面向的电极的相对大的电极可能不合需要地是正电极30。在这种情况下，可以在相对大的电极上布置单个负电极10。
在图10中图示了其示例。图10图示了阶梯式电极组件1，该阶梯式电极组件1包括堆叠类型的单元电池51和53、堆叠/折叠类型的单元电池61和62（缠绕类型的单元电池62和Z折叠类型的单元电池61）和在缠绕类型的单元电池62和Z折叠类型的单元电池61之间布置的单个电极10。
在上面的说明中，参考附图描述其中每一个具有两个阶梯式部分的电极组件。然而，可以通过堆叠两个电极堆叠来形成具有一个阶梯式部分的电极组件。在图14中图示了其示例。
根据本发明的实施例，可以提供具有各种堆叠结构的电极组件。图15是图示电极组件1的单元电池堆叠结构的示意截面图。如图15所示，在电极组件中堆叠的单元电池的大小可以向上（图中a）或向下（图中b）减小。另外，单元电池的大小可以在堆叠方向上增大并且然后减小，或者可以在堆叠方向上减小并且然后增大。在该情况下，可以对称地堆叠单元电池。在本发明的其他实施例中，堆叠的单元电池的大小可以任意改变。
图16至19是图示其中每一个具有象在图15的（a）中所示的示例那样堆叠的单元电池的示例性电极组件1的透视图。如图16至19中所示，可以将电极组件1的单元电池的角排成一线。在图16和17中，通过堆叠具有相同形状但是不同面积的单元电池来形成电极组件1。
在图16中所示的电极组件1包括具有直的角的单元电池。在图17中所示的电极组件1包括其中每一个具有直的角和弧形角的单元电池。在特定实施例中，其中每一个具有两个或多个弧形角的单元电池可以被堆叠以形成电极组件，并且该弧形角可以具有相同程度的曲率或不同程度的曲率。
如图18和19中所示，单元电池的角可以具有不同的形状。例如，单元电池的至少一个可以具有如图18中所示的弧形角，并且单元电池的弧形角可以具有如图19中所示的不同曲率。
如图20中所示，单元电池的邻近角和边可以形成弧形。在其他实施例中，单元电池可以具有其中连接多个弧或直线的形状。
在图24中所示的另一个实施例中，可以通过在其中对齐单元电池的中心的状态中堆叠单元电池来形成阶梯式电极组件1。在另一个实施例中，可以通过以使得相对小的单元电池在相对大的单元电池的边界内的方式堆叠单元电池来形成电极组件。
另外，如图21中所示，可以通过堆叠具有相同长度但是不同宽度的单元电池来形成在其宽度方向上具有阶梯式部分的电极组件1。在该情况下，可以在电极组件1的宽度方向上的一侧或两侧上形成阶梯式部分。在图22中所示的另一个实施例中，电极组件1可以在其长度方向上具有阶梯式部分。
在上述电极组件1中，可以以下述方式来堆叠单元电池，使得相对小的单元电池在相对大的单元电池的边界内。然而，可以以下述方式来堆叠单元电池，使得两个邻近的单元电池彼此部分地接触，以形成例如十字（+）形状。
除了参考附图图示了角形状之外，可以使用具有其他角形状的单元电池。根据本发明的实施例，可以使用具有各种堆叠结构、单元电池形状和角形状的这样的电极组件1来形成具有各种设计的电池，并且因此，可以节省或有效地利用使用这样的电池的装置的内部空间。
电极组件1的单元电池包括负电极接片25和/或正电极接片35。负电极接片25彼此电连接，并且正电极接片35彼此电连接。即使在向电池壳体内插入单元电池后，具有相同极性的电极接片也可以保持电连接状态。
电极接片25和35可以附接到各种位置。例如，电极接片25和35可以附接到电极的侧，并且可以在相同的方向上连接具有相同极性的电极接片。例如，如图16至21和24中所示，电极接片25和35可以从电极组件1的每一个的一侧突出。在另一个示例中，电极接片25和35可以从电极组件1的两个横向侧突出，如图24中所示。
在该两个示例中，可以在彼此之上叠加负电极接片25，并且可以在彼此之上叠加正电极接片35，使得可以在单元电池被插入电池壳体120（参见图24）中后容易地电连接负电极接片25与电极接片25和35。
如果如图22或24中所示在电极组件1的阶梯式侧上形成电极接片25和35，则从相对小的单元电池突出的电极接片25和35可以与相对大的单元电池的电极接触，使得电池的稳定性劣化。为了防止这一点，可以使用绝缘树脂或绝缘带来涂敷电极接片25和35。
电极接片25和35的形状和大小不受限。例如，电极接片25和35可以具有相同的宽度和长度，或者，电极接片25和35的至少一个可以具有不同的宽度和长度。在该情况下，通过将相对小的电极接片布置在相对大的电极接片上，可以在彼此之上容易地叠加电极接片25和35。例如，如果电极接片25和35具有不同的大小，则可以如图23中所示在彼此之上叠加具有相同极性的电极接片。
在特定实施例中，可以在至少一个矩形隔离物40中缠绕一些或全部单元电池。在该情况下，矩形隔离物40可以在相对大的单元电池70的上边缘和相对小的单元电池的上边缘之间具有倾斜式部分。具体地说，当矩形隔离物40用于形成具有阶梯式部分的堆叠并折叠类型（缠绕类型）的单元电池61或用于缠绕具有阶梯式部分的电极组件1时，该矩形隔离物40可以具有倾斜式部分。
在该情况下，用于容纳电极组件1的电极壳体120可以具有与矩形隔离物40的倾斜式部分对应的倾斜式部分。然而，这可以增大电极壳体120的大小。为了防止这一点，可以根据电极组件1的形状来确定矩形隔离物40的形状，以增大电池的空间效率。例如，如果矩形隔离物40的一部分与电极组件1的电极或横向侧隔开，则可以通过根据电极组件1的形状来加热或加压而拉伸矩形隔离物40的部分。即，可以在电极组件1的阶梯式部分处弯曲矩形隔离物40。替代地，通过沿着电极组件1的阶梯式部分切割矩形隔离物40，可以根据电极组件1的形状来确定矩形隔离物40的形状。
接下来，将描述根据本发明的实施例的电池单元。图24和25图示了根据本发明的实施例的电池单元100的示例。参见图24和25，电池单元100的每一个包括电池壳体120和在电池壳体120中布置的电极组件1。电池壳体120可以是袋状类型的壳体。
袋状类型的壳体可以由层叠薄片形成，该层叠薄片包括外树脂层、用于防止外来物质的渗透的阻挡金属层和内部密封树脂层。然而，袋状类型的壳体不限于此。
可以在电池壳体120的外表面上暴露用于连接电极组件1的单元电池的电极端子（接片）的电极引线，并且绝缘膜（未示出）可以附接到电极引线的上和下侧，以保护电极引线。
另外，电池壳体120可以具有与电极组件1的形状对应的形状。例如，电池壳体120可以可变形为期望的形状。电池壳体120的形状和大小可以不完全与电极组件1的形状和大小相同，以便防止由电极组件1在电池壳体120中滑动导致的短路。然而，电池壳体120的形状和大小不受限。即，电池壳体120的形状和大小可以根据例如应用条件而变化。
例如，电池壳体120可以根据电极组件1的阶梯形状而具有阶梯形状，如图24中所示。另外，如图25中所示，电池壳体120可以在面向电极组件1的阶梯式部分的位置处具有倾斜表面。例如，电池壳体120可以具有从电极组件1的阶梯式部分的上边和角延伸的倾斜表面。电池壳体120的倾斜表面可以包括弯曲部分，并且倾斜表面的斜率可以是2或更大。
电池单元100可以是锂离子电池单元或锂离子聚合物电池单元。然而，电池单元100不限于此。
可以单独地使用电池单元100，或者可以在电池组中包括两个或多个这样的电池单元。根据本发明的实施例，这样的电池单元和/或电池组可以用在各种装置中，诸如蜂窝电话、便携计算机、智能电话、智能平板电脑、上网本、轻型电动车辆（LEV）、电动车辆、混合动力电动车辆、插入式混合动力电动车辆和一般的蓄电装置。在本发明所属的领域中公知这样的装置的结构和构造方法，并且因此，将省略其说明。
当在这样的装置中布置电池单元或电池组时，可以在因为电池单元或电池组的结构而剩余的空间中布置装置的系统部件。根据本发明的实施例，电池单元或电池组包括具有阶梯式电极组件或具有不同大小的阶梯式电极组件，并且根据一个或多个电极组件的形状来确定电池单元或电池组的一个或多个电池壳体的形状。因此，与现有技术的使用棱柱或椭圆电池单元或电池组的装置的情况作比较，可以节省使用电池单元或电池组的装置的空间。
可以在节省的空间中布置装置的系统部件。在该情况下，可以在装置中零活地布置系统部件和电池单元或电池组，并且因此，可以有效地使用装置的空间。而且，可以减小装置的厚度或体积以使得该装置纤细。
1：电极组件
10：单个电极
20：阴极
30：阳极
21和31：电极集流器
22和32：电极活性材料
25和35：电极接片
40：隔离膜
51：单电池
52：A类型的双电池
53：C类型的双电池
61：Z折叠类型的电极层叠体
62：缠绕类型的电极层叠体
63：包卷类型的电极层叠体
65、66、67、68：层叠并堆叠类型的电极单元
100：电池单元
120：电池壳体
125和135：电极引线

Claims (30)

1.一种电极组件，所述电极组件包括单元电池的堆叠，所述单元电池的每一个包括交替地堆叠的至少一个负电极和至少一个正电极，
其中，至少一个隔离物被布置在电极的两侧的每一个上，并且
所述单元电池的至少一个具有与相邻的单元电池的面积不同的面积，以在所述电极组件上形成至少一个阶梯式部分。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，一个或两个阶梯式部分被形成在所述电极组件上。
3.根据权利要求1所述的电极组件，进一步包括具有负极性或正极性的至少一个单个电极。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其中，所述单个电极在所述单元电池的堆叠方向上被布置于所述电极组件的上侧或下侧上，并且所述单个电极连同相邻的单元电池形成阶梯式部分。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述单元电池包括堆叠/折叠类型的单元电池、包卷类型的单元电池、层叠并堆叠类型的单元电池、及其组合的至少一个。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其中，至少一个负电极、至少一个正电极、其中堆叠至少一个正电极和至少一个负电极的并且在其间插入隔离物的单元电池、或者其组合被布置在至少一个矩形隔离物上，并且所述堆叠/折叠类型的单元电池通过折叠所述至少一个矩形隔离物来形成。
7.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述堆叠/折叠类型的单元电池、所述包卷类型的单元电池、所述层叠并堆叠类型的单元电池、或其组合包括至少一个阶梯式部分。
8.根据权利要求5所述的电极组件，进一步包括具有负极性或正极性的至少一个单个电极。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述单元电池的至少一个和与其相邻的单元电池具有相互面向的电极，并且具有相对大面积的所述相互面向的电极的一个是负电极。
10.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述负电极具有比所述正电极的活性材料涂敷区域更大的活性材料涂敷区域。
11.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述单元电池的堆叠方向上在所述电极组件的上和下侧上定位的电极的至少一个是负电极或具有面向外部的未涂敷侧的单侧被涂敷的正电极。
12.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述负电极和正电极分别包括电极接片，并且具有相同极性的电极接片被彼此电连接。
13.根据权利要求12所述的电极组件，其中，所述负电极和正电极的电极接片被附接到所述电极组件的相同侧或不同侧，并且具有相同极性的电极接片被附接到所述电极的相同侧。
14.根据权利要求12所述的电极组件，其中，所述电极接片具有相同的大小或不同的大小。
15.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述单元电池的至少一个具有与其其他角不同地成形的角。
16.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述单元电池的至少一个具有至少一个弧形角。
17.根据权利要求16所述的电极组件，其中，所述单元电池的至少一个具有两个或多个弧形角，并且所述弧形角具有相同的曲率或不同的曲率。
18.根据权利要求16所述的电极组件，其中，所述单元电池的两个或多个的每一个具有至少一个弧形角，并且所述弧形角的至少一个具有与其他弧形角的曲率的不同的曲率。
19.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述电极组件的邻近电极的至少一个被布置在所述邻近电极的边界内的其相邻电极上。
20.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述单元电池的面积在所述单元电池的堆叠方向上减小。
21.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述单元电池被以使得所述单元电池的角排成一线的方式来堆叠。
22.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述单元电池被以使得所述单元电池的中心排成一线的方式来堆叠。
23.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述单元电池具有相同的厚度或不同的厚度。
24.一种电池单元，包括：
根据权利要求1至23的任何一项所述的电极组件；以及
容纳所述电极组件的电池壳体。
25.根据权利要求24所述的电池单元，其中，所述电池壳体是袋状类型的壳体。
26.根据权利要求25所述的电池单元，其中，所述电池壳体具有与所述电极组件的形状对应的阶梯式或倾斜式部分。
27.根据权利要求24所述的电池单元，其中，所述电池单元是锂离子二次电池单元或锂离子聚合物二次电池单元。
28.一种装置，包括至少一个根据权利要求24所述的电池单元。
29.根据权利要求28所述的装置，其中，所述装置的系统部件被布置在所述电池单元的剩余空间中。
30.根据权利要求28所述的装置，其中，所述装置是蜂窝电话、便携计算机、智能电话、智能平板电脑、上网本、轻型电动车辆（LEV）、电动车辆、混合动力电动车辆、插入式混合动力电动车辆、或者蓄电装置。
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