CN103947026B - 具有不同形状的角部的台阶式电极组件以及包括该电极组件的二次电池、电池组和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有台阶的电极组件。本发明包括：第一电极端，其具有至少一个第一电极单元；和第二电极端，其具有至少一个第二电极单元，其面积不同于第一电极单元的面积，并且进一步包括至少一个电极堆叠体，其中第一电极端和第二电极端在至少一个分离膜作为边界的情况下被堆叠成彼此相邻，并且该至少一个电极堆叠体具有由于第一电极端的面积和第二电极端的面积差异而形成的台阶，其中，第一电极端和第二电极端的形成有台阶的角部处的形状彼此不同。此外，本发明提供了包括电极组件的电池单元。根据本发明，能够以电极单元的角部形状不受限制的方式提供具有不同设计的电池单元。

Description

具有不同形状的角部的台阶式电极组件以及包括该电极组件的二次电池、电池组和设备
技术领域
本发明涉及具有台阶的电极组件，更具体地，涉及在其至少一个角部中具有台阶的电极组件。
本发明还涉及包括该具有台阶的电极组件的二次电池、电池组和设备。
背景技术
最近，由于移动设备的技术发展及对其需求的增长，对可充电电池（或二次电池）的需求也迅速增加了。因此，具有高能量密度和高工作电压以及优异的充电和寿命特性的二次锂电池已广泛用作各种电子产品和各种移动设备的能量源。
在一般情况下，锂二次电池具有将电极组件和电解质气密地密封在电池外壳内的结构，并且，根据其外观，锂二次电池可以分类为筒状电池、方形电池、棱形电池、袋式电池等，且可以根据其中使用的电解质类型被分类为锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂聚合物电池等。
由于减小移动设备的尺寸的近期趋势，对于较薄的棱形电池和袋式电池的需求一直在增加，特别地，对轻质袋式电池的兴趣增加了。
特别地，移动设备已越来越多地在尺寸上减小并在设计上多样化。随着技术环境的变化，其中堆叠有常规电极单元的电池的形状在形状方面不对应于移动设备，导致无法有效利用移动设备的内部空间。因此，安装在移动设备中的电池需要具有各种形状。
因此，对于具有台阶的电池的需求已增加了。具有台阶的电池的形状可以根据设备的形状最大限度地对应于设备的形状，最大限度地减少设备内的无效空间，因此，设备可以有效地装有二次电池以提高整个电池的容量。
同时，近来，已经开发了整合有圆化角部的各种设计的移动设备，并且，为了安装在这种设备中，对于具有与设备的设计相配合的圆化角部的二次电池的需求已增加了。
另外，用于电极组件的多个电极的制造往往通过从单个片材制造多个电极来产生。用于从该材料切割或去除电极的当前工艺具有低的效率。所述低效率之一是不具有用于组装到电池单体（battery cell）内的预定外周构造的一个或多个电极的输出。具体而言，电极的外周可能包括非期望的边缘突起。这些低效率会使制造和组装根据本发明的电池单体的过程变慢并增加成本。
因此，需要提供一种用于提供能够以多种方式设计的电池的电极单元，并且需要一种通过减少电极单元制造期间的缺陷率来促进生产率提高的方法。
发明内容
【技术问题】
本发明的一个方面提供了一种电极组件，其能够提供具有各种设计而不受电极单元的角部的形状限制的二次电池。
本发明的另一方面还提供了包括前述电极组件的二次电池、电池组和设备。
【技术方案】
根据本发明的一个方面，提供了一种电极组件包括具有各种角部形状的台阶，该电极组件包括：第一电极段，其包括至少一个第一电极单元；和第二电极段，其包括至少一个第二电极单元，第二电极单元的面积不同于第一电极单元的面积，其中第一电极段和所述第二电极段被堆叠成是相邻的、由在其间作为边界的至少一个分离膜分离并且包括一个或多个电极层合体，该一个或多个电极层合体具有由于第一电极段的面积和第二电极段的面积之间的差异而形成的台阶，第一电极段和第二电极段的具有台阶的角部的形状不同。
形成电极层合体的所述电极段中的至少一个可以具有形成台阶的圆化角部。
形成电极层合体的第一电极段和第二电极段可以具有形成台阶的圆化角部，并且所述圆化角部的曲率可以不同。
在电极层合体中，第一电极段和第二电极段可以共用至少两条边和三个角部，可以共用至少两条边和两个角部，可以共用至少一条边和两个角部，可以共用至少一条边和一个角部，可以共用至少一个角部，或者可以仅共用一条边的一部分。另外，在电极层合体中，第一电极段可以堆叠在第二电极段的表面内，并且在所有的边和角部中均具有台阶。另外，在电极层合体中，第一电极段可以共用第二电极段的至少两条边，并且其所有角部均可以具有台阶。
另外，在电极层合体中，电极单元可以堆叠成使得其面积在电极单元被堆叠的高度方向上减小。在电极层合体中，彼此相邻的电极单元中的一个可以包括在另一个电极单元的堆叠表面内。
电极单元可以具有对应于相应电极的电极接线片，电极接线片的尺寸可以相同或不同，并且电极接线片可以附接到电极单元的一个端 部或附接到电极单元的对向端部。电极单元能独立地选自包括如下项的组：负电极、正电极、以及通过在分离膜介于二者之间的情况下交替堆叠至少一个负电极和至少一个正电极而形成的单元电池。单元电池能分别选自由如下项构成的组：凝胶卷型单元电池、堆叠型单元电池、以及堆叠折叠型单元电池。
在电极组件中，具有不同面积的电极单元和与其相邻的电极单元的、在分离膜介于二者之间作为边界的情况下彼此面对的对向电极可以具有不同的极性。而且，在具有不同面积的电极单元和与之相邻的电极单元之间具有较大面积的电极单元的对向电极可以是负电极。
根据本发明的另一个方面，提供了一种二次电池，其中电极组件被容纳在电池外壳中。该二次电池可以为锂离子二次电池或锂离子聚合物二次电池。
在这种情况下，电池外壳可以是袋式外壳，电池外壳可以容纳电极组件以使外壳紧密附接到电极组件的表面，并可以具有与电极组件的形状相对应的台阶或倾斜表面。
根据本发明的另一方面，提供了包括一个或多个所述二次电池的设备。该设备的系统部件可以布置在二次电池的剩余空间中。该设备可以是便携式电话、便携式计算机、智能电话、智能平板、笔记本电脑、轻型电动车（LEV）、电动车辆、混合动力车辆、外接插电式混合动力车辆或电力存储设备。
【有益效果】
根据本发明的至少一个实施例，二次电池的具有台阶的角部的曲率可以按电极单元的堆叠顺序而顺序增加或减少，或者被不规律地提供，从而实现具有各种设计的电池而不局限于角部形状，并能够获得与现有的电池单体不同的具有三维立体形式的电池单体。
另外，根据本发明的至少一个实施例，可取消用于提供具有相同曲率的电极单元的角部的过程，或者不要求保持加工精度，从而促进了工艺简化，降低了缺陷率和废料，因此，经济可行性高，并且电极组件的生产率能够得以提高。
此外，根据本发明的至少一个实施例，由于用于制造与现有技术相比具有相同形状的电极单元的设施可以如原来那样使用，所以，能够降低安装成本。
此外，根据本发明的至少一个实施例，在制造具有某一曲率的电极单元时，在现有技术中根据曲率形状被切去的部分可以保留在电极单元中，以在电池反应中激活，从而提高了电池容量。
附图说明
图1至3是共用至少两条边和至少三个角部且至少一个角部具有台阶的电极组件的透视图；
图4至6是共用至少两条边和至少两个角部且至少一个角部具有台阶的电极组件的透视图；
图7至11是共用至少一条边和至少两个角部且至少一个角部具有台阶的电极组件的透视图；
图12至16是共用至少一个角部且至少一个角部具有台阶的电极组件的透视图；
图17和18是共用至少一条边的一部分并且其所有角部都具有台阶的电极组件的透视图；
图19是具有基于面积差异而形成的台阶的电极组件的透视图，其中，具有较小面积的电极堆叠成被完全包括在具有较大面积的电极中，并且其所有角部和所有的边都具有台阶；
图20是共用的部分根据相互堆叠的电极段而不同的电极组件的透视图；
图21是示出根据本发明实施例的电极接线片的堆叠形式的视图，其中（a）是平面图，（b）是前视图；
图22是示意性示出包括根据本发明实施例的电极组件的袋式可充电电池的视图；
图23和24是根据现有技术被切割成多个电极的片材的视图；
图25是具有因现有技术的低效制造方法而产生的边缘突起的电极的视图；
图26和27是根据本发明被切割成多个电极的片材的视图；并且
图28是通过本发明的制造方法得到的电极的视图。
具体实施方式
下面，将参照附图来对本发明的实施例进行详细描述。然而，包括在本文中的附图仅作为本发明的实施例被提供用来帮助理解本发明，本发明的范围的并不限于此。某些组件可以被放大、缩小或省略以使本发明易于理解。
本申请的发明人基于下面的发现完成本发明：在实施其中至少一个角部具有带曲率的台阶的电池时，基于具有不同面积的电极单元的角部的曲率关系，可以实现具有各种形状的电池而不局限于角部的形状。
根据本发明的实施例，提供了一种电极组件：包括：第一电极段，其包括至少一个第一电极单元；和第二电极段，其包括至少一个第二电极单元，第二电极单元具有与第一电极单元的面积不同的面积，其中第一电极段和第二电极段被堆叠成彼此相邻、由作为二者之间边界的至少一个分离膜分离并包括一个或多个电极层合体，所述一个或多个电极层合体具有由于第一电极段的面积和第二电极段的面积之间的差异而形成的台阶，第一电极段和第二电极段的具有台阶的角部的形状是不同的。
电极组件可以通过堆叠两个或更多个电极单元来形成。在这种情况下，所述电极单元可以是负电极或正电极的单元电极，也可以是其中至少一个负电极和至少一个正电极被交替堆叠且分离膜介于二者之间的单元电池。
同时，具有台阶的电极层合体可以这样获得：将单元电池布置在两个或更多个矩形分离膜上，并折叠该矩形分离膜使得矩形分离膜包裹这些单元电池。所述单元电池可以是堆叠型单元电池、堆叠折叠型单元电池、凝胶卷型单元电池等，但本发明不限于此。
堆叠型单元电池是如下地形成的单元电池：在分离膜作为二者之间边界的情况下交替地堆叠至少一个正电极和至少一个负电极。基于其中负电极和正电极堆叠的最小单元电极堆叠形式，堆叠型单元电池可以分为：单电池（mono-cell），即单个负电极和单个正电极在分离膜作为二者之间边界的情况下相互堆叠而形成的层合体；A型双电池，即正电极设置于两个表面上、负电极设置于正电极之间且各电极以分离膜作为边界被分别堆叠的层合体；和C型双电池，即负电极设置在两个表面上、正电极设置在负电极之间且各电极以分离膜作为边界被分别堆叠的层合体，但本发明并不限于此。
此外，上述单电池、A型双电池和C型双电池能够以分离膜作为边界进行堆叠，以使用其中多个负电极和多个正电极被相互堆叠的层合体作为电极单元。
同时，堆叠折叠型单元电池是通过以卷绕方式或Z形折叠方式折叠布置在一个或两个或更多个矩形分离膜上的两个或更多个电极单元而得到的单元电池。虽然未示出，布置在矩形分离膜上的电极单元可以是堆叠型电极层合体、凝胶卷型电极层合体、堆叠折叠型电极层合体或其任意组合。
而且，尽管未示出，布置在矩形分离膜上的单元电池可以是通过将矩形负电极和正电极堆叠在一个或两个或更多个矩形分离膜的两个表面上并将其以螺旋形卷绕而形成的凝胶卷型电极层合体。
由于所述单元电池被矩形分离膜包裹并折叠，它可以具有由于与另一个电极单元的面积差异而形成的台阶，在这种情况下，单元电池可以由于构成单个单元电池的电极单元的面积差异而具有台阶。
在本发明的实施例中，根据本发明实施例的电极层合体可以通过将单独提供的上述堆叠型单元电池、堆叠折叠型单元电池、凝胶卷型单元电池布置在矩形分离膜上来组装，或者通过将其组合在矩形分离膜上而组装。
在这种情况下，负电极和正电极没有特别的限制，并且，本领域中通常使用的负电极和正电极也可以适当地用在本发明中。
例如，可以使用这样的负电极：该负电极通过将负电极活性材料（如锂金属、锂合金、碳、石油焦炭、活性炭或石墨等）涂覆在由铜、镍、铜合金或其任何组合制成的负电极集电体的两个表面上而形成。另外，可以使用这样的正电极：该正电极通过将正电极活性材料（如锂锰氧化物、锂钴氧化物或锂镍氧化物等）涂覆在由铝、镍或其组合形成的正电极集电体的两个表面上而形成，但本发明不限于此。
负电极和正电极在分离膜作为边界的情况下相互堆叠。这里，分离膜可以由本领域中通常使用的材料制成。例如，可以使用具有微孔结构的由聚乙烯、聚丙烯或其组合制成的多层膜，或者用于凝胶型聚合物电解质或固体聚合物的聚合物膜，电解质如聚偏氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物，但本发明不受特别限制。
在本发明的实施例中，具有台阶的电极层合体可以通过在分离膜作为边界的情况下堆叠具有不同面积的电极而得到。这里，“电极单元的面积不同”是指：一个电极单元和与其相邻的电极单元具有其水平长度和竖直长度均不同的结构，因此，相互堆叠的电极单元的面积不同。
例如，在本发明的一个实施例中，电极组件可以通过堆叠具有不同宽度或幅度的电极单元量形成。电极单元面积之间的差异可以不受特别限制，只要其可以在电极组件中形成台阶就行。例如，具有较小面积的电极单元的宽度或幅度可以是具有较大面积的电极单元的宽度或幅度的20％至95％，优选为30％至90％。电极单元的宽度和幅度中的任一个可以不同，或者其二者均可以不同。
可以通过在分离膜作为边界的情况下堆叠包括至少一个第一电极单元的第一电极段和包括第二电极单元的第二电极段来形成具有根据本发明实施例提供的台阶的电极层合体单元，第二电极单元的面积不同于第一电极单元的面积。在本发明的实施例中，“电极段”是指具有相同面积和形状但不具有台阶的电极单元或者通过堆叠多个这样的电极单元而形成的层合体。
在本发明的实施例中，第一电极段和第二电极段在包括台阶的电极层合体中是相对的。基于形成单个台阶的边界表面，位于该边界表面上方或下方的任一个电极段可以定义为第一电极段，而另一个电极段可以定义为第二电极段，并且该第一电极段和第二电极段可以定义为单个电极层合体。因此，在本发明的实施例中，例如，在具有不同面积的三个电极段相互堆叠而形成两个台阶的电极组件的情况下，中间的电极段可以是相对于下侧的电极段而言的第二电极段或者可以是相对于上侧的电极段而言的第一电极段。
同时，根据本发明的实施例提供的电极组件可以包括一个或多个 台阶。即，该电极组件可以通过堆叠具有台阶的两个或更多个电极层合体而形成。优选地，所述台阶形成在至少一个角部中。这里，一个或两个或更多个角部可以具有台阶，或者其所有角部都可以具有台阶。
这里，在角部中具有台阶可以包括其中台阶仅由至少一个角部形成的情形，如图1至6所示，或者包括这样的情形：其中，每一个电极段均具有不同的长度，从而不共有与所述边邻接的角部，如图7至11所示。
在本发明的实施例中，优选地，构成电极层合体的各个电极段10的角部的形状不同。由于角部的形状不同，可以得到具有台阶的电极组件1。例如，如图1至6所示，由于角部的形状不同，可以在电极组件1中形成台阶。
这里，角部的形状可以是被圆化或者可以具有如图所示的各种其它形状。
当该电极层合体的各个电极段10的角部被圆化时，至少一个电极段10的角部可以相对于其它任何相邻电极段10具有不同的曲率半径R。虽然具有台阶的电极组件1可以通过组合多个具有相同圆化角部的电极单元和具有曲率不同的圆化角部的电极单元来构成，但电极单元中的任一个的角部可以不被圆化。
即，根据本发明的实施例，在至少一个角部中具有台阶的电极组件1可以通过以各种形式布置具有各种角部形状的电极单元而得到。在本发明的实施例中，由于面积差异而形成的台阶可以根据相互堆叠的电极单元的边或根据角部被共用的、相互堆叠的电极单元的形式而具有各种形状。
在本发明的实施例中，“共用”是指：第一电极段10和第二电极 段10具有相同的边长和相同的角部角度，从而不在它们的边和角部中形成台阶，该第二电极段10被堆叠成与第一电极段10相邻并具有与第一电极段10的第一电极单元的面积不同的面积。例如，“共用一条边”是指：两个相邻的电极段10分别具有相同长度的边，它们被堆叠成使得各自的边被对齐，因而不在角部中形成台阶。此外，“共用角部”是指：两个相邻的电极段10分别具有角度相同的角部，它们被堆叠成使得各自的角部被对齐，因而不在角部中形成台阶。
例如，在角部中具有台阶的电极层合体可以通过堆叠电极单元使得至少两条边和三个、两个或一个角部被共用而得到。
图1至3示出了两条边和三个角部被共用的示例。在图1至3所示的电极组件1中，附接有电极接线片20和30的边和形成该边的端部中的角部的另一不同的边是共用的，由这两条边形成的角部和邻接这两条边的两个相应角部是共用的，并且，它们的未被共用的一个角部的形状是不同的，从而形成了台阶，但本发明不限于此。
如图所示，被共用的边和角部可以不同，并且，形成台阶的角部可以具有与图1至3所示的形状不同的各种形状。例如，如上所述，各个电极段10的电极单元的角部都是被圆化的角部，但由于其具有不同的曲率，所以形成了台阶。
图4至6示出了两条边和两个角部被共用的示例。在图4至6所示的电极组件1中，附接有电极接线片20和30的边和形成该边的端部中的角部的另一不同的边是共用的，与附接有电极接线片20和30的边邻接的两个角部是共用的，并且台阶形成在非共用区域中。共用的边和角部可以与图中所示的不同，形成台阶的角部可以具有与图4至6所示的形状不同的各种形状。
同时，未示出两条边和一个角部被共用的示例，但可以得到一种 电极组件1，其中电极段10被堆叠以共用两条边和介于这两条边之间的角部，所述电极段10由其一条边具有特定形状的电极单元形成，该特定形状即：在对角线方向上彼此相对的两个角部被相互连接。
此外，在根据本发明实施例的电极组件1中，可以在一条边和两个角部被共用的情况下形成台阶。例如，可以得到具有如图7至11所示结构的电极组件1。共用的形式和角部的形状可以进行各种修改，而不限于图中所示的那些。此外，尽管未示出，电极组件1可以具有台阶，如电极段10相互堆叠而共用至少一条边和一个角部那样。
同时，如图12至16所示，通过堆叠这些电极段而使一个角部是共用的，可以得到具有台阶的电极组件1。在这种情况下，共用的角部可以适当地选择且角部可以被不同地形成。此外，它们的一个角部的形状可以不同或者两个或更多个角部的形状可以不同。
此外，如图17和18所示，根据本发明实施例的电极组件1，电极段可以相互堆叠成仅共用一条边的一部分，并且如图19所示，一个电极段10和其他电极段10相互堆叠使得具有较小面积的电极段10的堆叠表面被完全包含在具有较大面积的电极段10的堆叠表面中并使得涂覆有电极活性物质的电极表面和另一电极表面在分离膜作为边界的情况下彼此面对，因此，在所有边和角部中均具有台阶。同时，图20示出了一个示例，其中，形成相应台阶的电极段10和相邻电极段10的部分边是共用的，并且，形成相应台阶的电极段10的堆叠形式是不同的。
本发明的附图示出了所述边和角部的共用形式在堆叠电极单元的过程中相同的示例，但显然，可以得到其中这些示例被混合的电极组件1。例如，第一电极段10和第二电极段10可以具有如图1至3所示的堆叠形式，第二电极段10和第三电极段10可以具有如图4至6所示的堆叠形式。
另外，在本发明的实施例中，其中电极单元相互堆叠成使得其尺寸在厚度方向上依次减小的电极组件1被示出为一个示例。然而，本发明不限于此，电极单元可以堆叠成使得其尺寸在厚度方向上依次增加，或者可以堆叠成使得其尺寸依次增加，然后再减小。电极单元可以是对称或非对称的。此外，可以得到具有各种其它形状的电极组件1，而并不限于此。
在根据本发明实施例的电极层合体中，在具有不同面积的一个电极单元与相邻的电极单元彼此面对而形成台阶的边界区域中，两个电极单元的对向电极彼此面对而使得具有不同极性的电极在边界表面中相互面对，其中所述两个电极单元在分离膜作为二者之间边界的情况下相互堆叠。以这种方式，由于不同的电极彼此面对，电池反应甚至能够在形成台阶的边界部分中得到，从而增加了电池容量。
在这种情况下，在边界部分中形成台阶的对向电极可以设置成使得具有较大面积的电极单元的对向电极被设置为负电极。即，当在电极层合体中具有不同面积的电极单元彼此面对且以分离膜介于二者之间作为边界时，具有较大面积的电极单元的堆叠表面的一部分面向外侧。在这种情况下，当面向外侧的电极单元的电极是正电极时，包含在正电极的表面的正电极活性材料中的锂从正电极的表面析出，从而缩短电池的寿命或降低电池的稳定性。
这样，优选该电极组件1的最外面的电极是负电极。在这种情况下，优选地，分离膜堆叠在负电极的外侧使得分离膜位于电极组件1的表面上。同时，正电极可以设置为电极组件1的最外面的电极，但是，在这种情况下，正电极可以是单面涂覆正电极使得其外表面未涂覆有负电极活性物质，即，被保留为未涂覆区域。
另外，在根据本发明实施例的电极组件1中，电极单元包括负电 极接线片20和/或正电极接线片30。当电极单元是单元电池时，其包括负电极接线片20和正电极接线片30两者，当电极单元被构造为单个电极时，其仅包括一个电极接线片20或30。在电极接线片20和30插入到电池外壳中时，具有相同极性的电极被电连接。
可以对电极接线片20和30的附接位置进行各种选择。具有两个极性的电极接线片20和30可以形成在电极单元的一个端部，电极单元可以堆叠成使得电极接线片20和30面向同一方向，从而使电极接线片20和30可以从电极组件1的一个表面突出，如图1至20所示。另外，电极接线片20和30可以分别从电极组件1的两个侧表面突出，如图20所示。
在这种情况下，为了允许电极接线片20和30在插入到电池外壳之后容易地电连接，电极单元可以设置成使得具有相同极性的电极彼此重叠。
同时，当台阶如图19和20所示地形成且电极组件1的电极接线片20和30被附接时，电极接线片20和30与具有较大面积的电极单元形成接触，从而不利地影响电池的稳定性。因此，优选地，阻止电极接线片20和30与电极单元之间的接触，并且，根据情况，电极接线片20和30的表面可以涂覆有绝缘树脂等以防止接触。
电极接线片20和30的形状没有特别限制，并且电极接线片20和30的面积可以改变。例如，电极接线片20和30可以具有相同的宽度和长度，或其宽度和/或长度可以不同。此外，通过使用具有不同尺寸的电极接线片20和30，具有较小面积的两个或更多个电极接线片可以堆叠成相互平行的两行或更多行。图21示出了具有不同面积的电极接线片的堆叠形式的示例。
在这种情况下，倾斜表面可以形成为使得其内容纳有电极组件1 的电极外壳120的形状对应于分离膜的倾斜表面。在这种情况下，优选地，可以占据超过所需的空间，所以在空间利用率方面，分离膜可以紧密附接到电极组件1的每个表面。因此，当使分离膜与电极组件1分离时，可以加热或加压该分离膜以使其延长而被紧密附接。在这种情况下，所述台阶部分可以包括弯曲部。另外，在该台阶部中，分离膜可以被切割以便紧密附接到电极组件1的每个表面。
在下文中，将对根据本发明实施例的二次电池进行说明。图22示出根据本发明实施例的二次电池100。如图22所示，在根据本发明实施例的二次电池100中，根据本发明实施例的电极组件1被安装在电池外壳120中。在这种情况下，电池外壳120可以为袋式外壳。
该袋式外壳可以由层合片材制成，在这种情况下，该层合片材可以包括形成最外侧部分的外侧树脂层、防止材料的渗透的阻挡金属层以及用于气密密封的内侧树脂层，但本发明不限于此。
此外，电池外壳120可以具有如下结构：即，用于将电极组件1的电极单元的电端子（electrical stairs）相互电连接的电极引线125和135暴露于外部。虽然未示出，但是，绝缘膜可以附着到电极引线125和135的上表面和下表面以保护电极引线125和135。
此外，电池外壳120可以根据电极组件1的形状而具有各种形状。电池外壳120的形状可以通过使电池外壳120本身变形来形成。在这种情况下，电池外壳120的形状和尺寸可以不必对应于电极组件1的形状和尺寸。即，电池外壳120可以具有足以防止由于推力现象产生的内部短路的形状和尺寸。同时，电池外壳120的形状不限于此，并且可以根据需要使用具有各种形状和尺寸的电池外壳。
例如，尽管未示出，可以根据具有台阶的电极组件1的形状而在电池外壳120中形成台阶。另外，如图22所示，电池外壳120可以具 有倾斜表面作为电极组件1的形成有台阶的表面。即，在电极组件1形成有台阶的区域中，电池外壳120被紧密附接到相应电极段10的角部和上角部而形成倾斜表面。这样的倾斜表面可以包括弯曲表面，并且该倾斜表面可以具有大于或等于2级的斜面。
典型地，通过从单个电极片材（比如图23中所示的电极片材200）切割出多个电极来形成本发明的电池单体的电极组件中使用的电极。每个电极210沿电极片材200的宽度方向间隔开，使得每个电极210邻接下一个电极210，以减少浪费材料。片材200在电极210分离之前在位置220a和220b形成缺口。位置220b被更清楚地示出在图24中。典型地，通过对片材进行激光切割、手工加工或冲孔来完成该缺口。
然而，在电极210被分离时（这典型地同样由激光切割完成），激光必然切割的精度会导致电极210的构造的不准确。也就是说，如果机器不沿相邻电极210的准确边缘切割片材200，一个电极210的最终构造可能错误地包括相邻电极210的一部分。
这样错误形成的电极如图25中那样示出为电极310。由于因为错位切割而意外地包括来自片材的相邻电极的边缘部分，边缘突起330形成在电极310的外周。此外，由于在电极材料中的应力集中，有缺口的电极片材在相邻电极的交叉处（即，在图23和24中的非对称圆化角部处）会经受撕裂。
为了避免如图25所示的边缘突起的发生，电极片材400能够如图26和27中所示地提供。在电极410被分离之前且在片材400在位置420a和420b被形成缺口之后，电极410中的每个沿电极片材400的宽度方向间隔开以包括每个电极410的沿电极片材400的宽度方向的伸展部440。各伸展部440是每个电极410的边缘的那部分的基本上向外的突起。这提供了沿电极片材400的宽度方向的在大致水平方向上延伸的平坦区域450。在这种方式中，每个电极210仍邻接下一个电极以 尽量减少浪费的材料。为了防止缺口形成刀具在顶点的磨损，优选当沿电极片材400的宽度方向测量时具有最小四（4）毫米的平坦区域。
一旦电极410与片材400中的其它电极分离，则其呈现为如图28所示。两个伸展部440并入其最终的外周中，其会被纳入到待组装的电极组件的最终构造中。电极410具有非对称结构，并由具有大致矩形外周的平坦片材形成。该外周的至少一个角部460具有关于与电极410垂直的中心轴线非对称的结构，所述中心轴线垂直于图28示出的页面。电极410沿长度方向490和宽度方向495延伸。沿长度方向490的最大长度470由电极410限定。电极410还限定沿宽度方向495间隔开的第一直线边缘480和第二直线边缘482。第一直线边缘480和第二直线边缘482均比最大长度470短。
电极410的在第一直线边缘480的末端480a、480b处的外周和在第二直线边缘482的末端482a、482b处的外周均在大致平行于宽度方向495的方向上朝着相反的直线边缘延伸。因此，末端480a、480b、482a、482b均在大致水平方向上朝向相反的边缘480或482延伸，构成平坦区域450。因此，一个伸展部440由第一直线边缘480和两个相邻的平坦区域450构成，第二扩个展部440由第二直线边缘482和两个相邻的平坦区域450构成。当然，平坦区域450在这里被描述和示出为大致水平的且沿宽度方向495延伸。然而，区域450也可以是弯曲的或以其他方式被构造成用于容纳延伸离开该电极410的其余部分的伸展部440，如上所述。
每个伸展部440突出离开电极410的其余部分，每个突起440延伸离开另一个。每个伸展部440在电极410的外周形成突变。也就是说，包括直线边缘和两个相邻的平坦区域的每个伸展部在外周与两个平坦区域的相交处与外周的其余部分相交。这些相交处例如由于尖锐的曲线或角部而形成外周中的突变。尖锐的曲线或角部的角度在约30度至150度的范围内，或者更具体地在约60度至120度的范围内，或 者更具体地为约90度。换句话说，当与类似于电极410的外周但无伸展部440的假想电极的外周相比时，本电极410包括伸展部440，伸展部440限定从假想电极的外周向外突出的外周。
制造电极410的方法可以起始于提供沿宽度方向495延伸并具有顶部边缘486和底部边缘488的平坦片材，如片材400。然后可以在相邻电极之间的位置处沿顶部边缘486和底部边缘488中的一个从片材400去除缺口455，以最终从片材400形成缺口455。如图27所示，缺口455形成在第一边缘486处。当然，另外的缺口设置在第二边缘488处，如图26所示。
每个缺口455限定这样的外周，其包括：被切割出各个缺口455的顶部边缘或底部边缘486、488的部分、与第一相邻电极的外周相对应的部分，以及与第二相邻电极的外周相对应的部分。在图27中，第一电极在左侧，第二电极在右侧。缺口455的外周包括在第一电极和第二电极的相交处沿平行于宽度方向495的方向延伸的水平部分。如图27所示，该水平部分包括两个平坦部分450，在第一电极和第二电极均设置一个平坦部分450。所述平坦部分450在两个电极之间的相交处结合。
所述方法中的下一个步骤包括：沿着与所述缺口的水平部分垂直交叉的线分离所述第一电极和所述第二电极，这样的线如图27中示出的线458。当然，线458与一个电极的第一直线边缘480和另一电极的第二直线边缘482相重合。
在可选的方法中，通过利用冲压过程代替该缺口形成过程，能在制造过程中避免上述的边缘突起。然而，这需要新构思的缺口形成和层压设施。
避免所制造的电极中的边缘突起的另外一种方式是利用激光而不 是采用缺口形成技术来完成整个过程。激光被用来去除缺口部。切割两个相反边缘的两个激光（或者替代地，用于在不同时间切割两个相反边缘的单个激光）必须沿电极片材的宽度方向同步以确保均匀。
根据本发明实施例的二次电池100可以是锂离子电池或锂离子聚合物电池，但本发明不限于此。
根据本发明实施例的二次电池100可以单独使用，或可以使用包括一个或多个二次电池100的电池组。根据本发明实施例的二次电池和/或电池组可以有利地用于各种设备，例如，便携电话、便携式计算机、智能电话、智能平板、笔记本电脑、轻型电动车（LEV）、电动车辆、混合动力车辆、外接插电式混合动力车辆、电力存储设备等。这些设备的结构及其制造方法是本领域已知的，所以将省略其详细描述。
同时，当二次电池或电池组安装在上述设备中时，所述设备的系统部件可以布置在由于二次电池或电池组的结构而形成的额外空间中。在本发明的实施例中，由于二次电池或电池组被形成为具有不同尺寸的电极组件1，电极组件1自身形成为具有台阶。因此，当电池外壳根据电极的形状而形成并安装在设备中时，形成了额外空间，而在常规的棱柱形或椭圆形二次电池或电池组中未提供该额外空间。
当所述设备的系统部件安装在该额外空间中时，设备的系统部件和二次电池或电池组能灵活设置，从而提高了空间利用率并减小了所述设备的总厚度或体积以实现超薄设计。

Claims (32)

1.一种电极组件，包括：
第一电极段，所述第一电极段包括至少一个第一电极单元；和
第二电极段，所述第二电极段包括至少一个第二电极单元，所述第二电极单元的面积不同于所述第一电极单元的面积，
其中，所述第一电极段和所述第二电极段彼此相邻地堆叠、由作为所述第一电极段和第二电极段之间的边界的至少一个分离膜分离，并包括一个或多个具有台阶的电极层合体，所述台阶是由于所述第一电极段的面积和所述第二电极段的面积之间的差异而形成的，
所述第一电极段和所述第二电极段的角部的形状不同，
其中，所述电极单元独立地选自包括以下项的组：负电极、正电极、以及通过在分离膜介于至少一个负电极和至少一个正电极之间的情况下交替地堆叠所述至少一个负电极和至少一个正电极而形成的单元电池，
其中，所述负电极或所述正电极沿长度方向延伸，沿宽度方向延伸，限定沿长度方向的最大长度，并限定沿宽度方向间隔开的第一直线边缘和第二直线边缘，并且
其中，所述第一直线边缘和所述第二直线边缘均短于所述最大长度，并且，所述至少一个第一电极单元的位于所述第一直线边缘和所述第二直线边缘各自的末端处的外周均沿着与所述宽度方向基本平行的方向朝着相反的直线边缘延伸。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，形成所述电极层合体的所述第一电极段和所述第二电极段中的至少一个具有形成台阶的圆化角部。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，形成所述电极层合体的所述第一电极段和所述第二电极段具有形成台阶的圆化角部，并且所述圆化角部的曲率不同。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述电极层合体中，所述第一电极段和所述第二电极段共用三个角部和至少两条边。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述电极层合体中，所述第一电极段和所述第二电极段共用两个角部和至少两条边。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述电极层合体中，所述第一电极段和所述第二电极段共用两个角部和至少一条边。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述电极层合体中，所述第一电极段和所述第二电极段共用一个角部和至少一条边。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述电极层合体中，所述第一电极段和所述第二电极段共用至少一个角部。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述电极层合体中，所述第一电极段和所述第二电极段仅共用一条边的一部分。
10.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述电极层合体中，所述第一电极段堆叠在所述第二电极段的表面内，并且所有的边和角部均具有台阶。
11.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述电极层合体中，所述第一电极段共用所述第二电极段的至少两条边，并在所有的边和角部中均具有台阶。
12.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述电极层合体中，所述电极单元被堆叠成使得所述电极单元的面积在所述电极单元被堆叠的高度方向上减小。
13.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述电极层合体中，彼此相邻的电极单元中的一个被包括在另一个电极单元的堆叠表面内。
14.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述电极单元具有对应于相应电极的电极接线片，并且所述电极接线片各自的尺寸相同或不同。
15.根据权利要求14所述的电极组件，其中，所述电极接线片附接到所述电极单元的一个端部或附接到所述电极单元的对向端部。
16.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述单元电池选自由以下项组成的组：凝胶卷型单元电池、堆叠型单元电池、以及折叠型单元电池。
17.根据权利要求16所述的电极组件，其中，所述单元电池包括至少一个台阶。
18.根据权利要求1所述的电极组件，其中，具有不同面积的所述电极单元和与之相邻的电极单元的、在分离膜介于二者之间作为边界的情况下彼此面对的对向电极具有不同的极性。
19.根据权利要求18所述的电极组件，其中，具有不同面积的所述电极单元和与之相邻的电极单元中的、具有较大面积的电极单元的对向电极是负电极。
20.根据权利要求1所述的电极组件，
其中，所述电极单元独立地选自包括以下项的组：负电极、正电极、以及通过在分离膜介于至少一个负电极和至少一个正电极之间的情况下交替地堆叠所述至少一个负电极和至少一个正电极而形成的单元电池，
其中，所述至少一个第二电极单元沿所述长度方向延伸，沿所述宽度方向延伸，限定沿所述长度方向的最大长度，并限定沿着所述宽度方向间隔开的第一直线边缘和第二直线边缘，
其中，所述至少一个第二电极单元的所述第一直线边缘和所述第二直线边缘均短于所述至少一个第二电极单元的最大长度，并且
其中，所述至少一个第二电极单元的、位于所述至少一个第二电极单元的第一直线边缘和第二直线边缘各自的末端处的外周均沿着与所述宽度方向基本平行的方向朝着相反的直线边缘延伸。
21.一种二次电池，其中，根据权利要求1至15和权利要求16至20中的任一项所述的电极组件被容纳在电池外壳中。
22.根据权利要求21所述的二次电池，其中，所述电池外壳是袋式外壳。
23.根据权利要求22所述的二次电池，其中，所述电池外壳容纳所述电极组件，使得所述外壳紧密附着到所述电极组件的表面，并具有与所述电极组件的形状相对应的台阶或倾斜表面。
24.根据权利要求22所述的二次电池，其中，所述二次电池是锂离子二次电池或锂离子聚合物二次电池。
25.一种包括一个或多个根据权利要求21所述的二次电池的设备。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，所述设备的系统部件被布置在所述二次电池的剩余空间中。
27.根据权利要求25所述的设备，其中，所述设备是便携式电话、便携式计算机、智能电话、智能平板、电动车辆、或混合动力车辆。
28.一种制造每个均具有非对称结构的电极的方法，包括：
提供沿宽度方向延伸并具有顶部边缘和底部边缘的平坦片材；
在相邻的第一电极和第二电极之间的位置处、沿着所述顶部边缘和所述底部边缘中的一个来去除所述平坦片材的缺口，其中，每个缺口所限定的外周包括所述顶部边缘或底部边缘的一部分、与所述第一电极的外周相对应的部分、以及与所述第二电极的外周相对应的部分，所述缺口的外周包括在所述第一电极和所述第二电极的交界处沿着与所述宽度方向平行的方向延伸的水平部分，以及
沿着与所述缺口的水平部分垂直交叉的线来分离所述第一电极和所述第二电极。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，去除所述平坦片材的缺口的步骤包括：利用激光切割所述缺口。
30.根据权利要求28所述的方法，其中，去除所述平坦片材的缺口的步骤包括：利用机器冲压所述缺口。
31.根据权利要求28所述的方法，其中，去除所述平坦片材的缺口的步骤包括：在相邻的第一电极和第二电极之间的位置处沿着所述顶部边缘和所述底部边缘两者去除所述平坦片材的缺口。
32.根据权利要求28所述的方法，其中，分离所述第一电极和所述第二电极的步骤包括：利用激光沿着所述线切割，以分离所述第一电极和所述第二电极。
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