CN104137304B - 包含具有不同形状的正极和负极的电极组件和二次电池 - Google Patents
包含具有不同形状的正极和负极的电极组件和二次电池 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种电极组件，所述电极组件包含：多个交替排列的正极板和负极板；插入在所述正极板与所述负极板之间的隔膜；分别形成在所述正极板上的多个正极极耳；分别形成在所述负极板上的多个负极极耳；连接至所述正极极耳的正极引线；以及连接至所述负极极耳的负极引线，其中i)所述正极极耳和负极极耳具有不同的形状且所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于在其上形成有极耳的电极表面的长度的2％～100％，或ii)所述正极极耳和所述负极极耳相对于在其上形成有正极极耳和负极极耳的电极表面不对称排列且所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于所述电极表面的长度的5％～45％。
Description
技术领域
本发明涉及包含具有不同形状的正极和负极的电极组件和二次电池，更特别地，涉及一种电极组件，所述电极组件包含：多个交替排列的正极板和负极板；插入所述正极板与所述负极板之间的隔膜；分别形成在所述正极板上的多个正极极耳(cathode tabs)；分别形成在所述负极板上的多个负极极耳(anode tabs)；连接至所述正极极耳的正极引线；以及连接至所述负极极耳的负极引线，其中i)所述正极极耳和负极极耳具有不同的形状且所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于在其上形成有正极极耳和负极极耳的电极表面的长度的2％～100％，或ii)所述正极极耳和所述负极极耳相对于在其上形成有正极极耳和负极极耳的电极表面不对称排列且所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于所述电极表面的长度的5％～45％。
背景技术
随着移动装置技术的持续发展和对其需求的日益增加，对作为能源的二次电池的需求急剧增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和运行电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池可商购获得并被广泛使用。
另外，随着对环境问题的关注日益增加，正在对电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)等进行研究，所述电动车辆和混合动力车辆等能够代替使用化石燃料的车辆如汽油车辆、柴油车辆等，所述使用化石燃料的车辆是空气污染的一个主要原因。作为EV、HEV等的电源，主要使用镍金属-氢化物二次电池。然而，对具有高能量密度、高放电电压和输出稳定性的锂二次电池进行了积极研究且一部分锂二次电池可商购获得。
锂二次电池具有其中电极组件浸渗有含锂盐的非水电解质的结构，在所述电极组件中，将多孔隔膜插入正极与负极之间，各个正极和负极包含涂布在电极集电器上的活性材料。作为正极活性材料，主要使用锂钴基氧化物、锂锰基氧化物、锂镍基氧化物、锂复合氧化物等。作为负极活性材料，主要使用碳基材料。
然而，在使用碳基材料作为负极活性材料的锂二次电池中，在首次充电和放电循环期间嵌入碳基材料的层状结构中的某些锂离子中发生不可逆容量，由此放电容量下降。另外，碳材料相对于Li/Li+的电位具有约0.1 V的低氧化/还原电位，由此非水电解质在负极表面分解，且这种碳材料与锂反应而形成涂布在碳材料表面上的层(钝化层或固体电解质界面(SEI)膜)。这种SEI膜的厚度和边界状态随所使用的电解质体系而变化并由此影响充电和放电特性。另外，在用于需要高输出特性的领域如电动工具等的二次电池中，由于厚度小的这种SEI膜而导致电阻升高，由此会产生速率控制步骤(rate determining step，RDS)。另外，在负极表面处产生锂化合物，由此随着重复充电和放电，锂的可逆容量逐渐下降，因此放电容量下降且发生循环劣化。
同时，作为具有结构稳定性和良好循环特性的负极材料，考虑使用锂钛氧化物(LTO)。在包含这种LTO作为负极活性材料的锂二次电池中，负极相对于Li/Li+的电位具有约1.5 V的相对高的氧化还原电位，由此难以发生电解质的分解，并由于其晶体结构的稳定性而获得优异的循环特性。
另外，现有的负极活性材料是通过涂布在Cu箔上来使用，而LTO则可以通过涂布在Al箔上来用作负极活性材料。
然而，用肉眼难以将包含涂布在Al箔上的正极活性材料的正极与LTO负极区分开，由此当实施引线焊接时可能存在交叉焊接(cross-welding)。另外，也可以使用Al引线，相应地会将LTO负极误认为正极，由此在模块组装或布线用于电连接期间会将正极和负极的位置混淆。
因此，迫切需要开发技术以从根本上满足这种要求。
发明内容
技术问题
本发明的目的是解决相关领域的上述问题并实现长期寻求的技术目标。
作为各种广泛且深入研究和实验的结果，本发明的发明人确认，如下所述，当将正极极耳和负极极耳制成不同形状，或当正极极耳和负极极耳的位置相对于电极表面不对称，并将正极引线和负极引线制成不同形状或位置相对于电极表面不对称时，且当将正极极耳和负极极耳的宽度相对于在其上形成有正极极耳和负极极耳的电极表面的长度形成为预定尺寸时，可以实现期望的效果，由此完成本发明。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种电极组件，包含：多个交替排列的正极板和负极板；插入在所述正极板与所述负极板之间的隔膜；分别形成在所述正极板上的多个正极极耳；分别形成在所述负极板上的多个负极极耳；连接至所述正极极耳的正极引线；以及连接至所述负极极耳的负极引线，其中i)所述正极极耳和负极极耳具有不同的形状且所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于在其上形成有正极极耳和负极极耳的电极表面的长度的2％～100％。
在这点上，宽度是指在与其中极耳从电极表面突出的方向垂直的方向上的尺寸，特别地，正极极耳和负极极耳的宽度可以等于在其上形成有极耳的电极表面的长度的2％～80％。
随着电极极耳宽度的增大，电阻下降且发热减少。当电极极耳的宽度不在上述范围内且超过上述值时，制造成本非常高且用于在正极与负极之间电连接的制造工艺变得复杂。
另外，当电极极耳的宽度在上述范围内时，其宽度不需要相同。即，电极极耳的宽度可以相同或不同。
正极极耳和负极极耳的位置没有限制。例如，当制造电极组件时，正极极耳和负极极耳可以设置在电极组件一侧方向的端部上，可以分别设置在电极组件的两侧相向的端部上，或可以分别设置在电极组件的相互垂直的端部上。
在一个实施方式中，当制造电极组件时，在其中当在平面视图中观察时正极极耳和负极极耳两者都设置在电极组件一侧方向的端部上的情况中，各个正极极耳和负极极耳的宽度可以等于电极表面的长度的5％～45％，尤其10％～40％，从而正极极耳和负极极耳不会相互重叠。
在另一个实施方式中，当制造电极组件时，在其中当在平面视图中观察时正极极耳和负极极耳分别设置在电极组件的两侧相向的端部上或其相互垂直的端部上时，正极极耳和负极极耳不会相互重叠，由此各个正极极耳和负极极耳的宽度可在比上述更宽的范围内，特别是在其上形成有极耳的电极表面的长度的10％～80％、更特别地15％～70％。
同时，正极极耳和负极极耳的形状没有特别限制，只要可将正极极耳与负极极耳区分开即可。例如，正极极耳和负极极耳可以具有不同的多边形形状，或者正极极耳和负极极耳中的任意一种可以具有带有弧形端部的形状。而且，为了有助于焊接，正极极耳和负极极耳可以具有梯形形状、向上呈锥形的漏斗形状、扇形形状、蘑菇形状等，其焊接部具有宽的宽度。
具有如上所述不同形状的正极极耳和负极极耳在防止交叉焊接方面是有效的。
然而，当正极极耳和负极极耳不对称排列时，电极引线分别连接至正极极耳和负极极耳，由此在模块组装或布线用于电连接期间，尚需要解决诸如将正极引线和负极引线的位置混淆的问题。
由此，为了解决上述问题，在一个具体实施方式中，正极引线和负极引线可以具有不同的形状。在这点上，正极引线和负极引线的形状没有特别限制。例如，正极引线和负极引线可以具有不同的多边形形状，或其任意一种可以具有带有弧形端部的形状。在另一个实施方式中，正极引线和负极引线中的一种可以具有弯曲形状，从而如上所述正极引线和负极引线的位置相对于电极表面不对称。
本发明还提供一种电极组件，所述电极组件包含：多个交替排列的正极板和负极板；插入在所述正极板与所述负极板之间的隔膜；分别形成在所述正极板上的多个正极极耳；分别形成在所述负极板上的多个负极极耳；连接至所述正极极耳的正极引线；以及连接至所述负极极耳的负极引线，其中所述正极极耳和所述负极极耳的位置相对于在其上形成有极耳的电极表面不对称且所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于所述电极表面的长度的5％～45％。
如本文中所使用的表述“正极极耳和负极极耳的位置相对于电极表面不对称”是指，正极极耳和负极极耳在相对于在向上和向下的方向上穿过电极组件的中心即电极表面的中心点的轴不对称地偏离。
由于这种构造，所以例如假设将电极组件折半弯曲，正极极耳和负极极耳不会相互重叠。
如上所述，其中电极极耳的位置不对称的构造的前提是，当制造电极组件时，当在平面视图中观察时正极极耳和负极极耳两者都位于在电极组件一侧方向的端部上。由此，正极极耳和负极极耳的宽度可以在上述范围内，更特别地为电极表面的长度的10％～40％。
在此情况中，当正极极耳和负极极耳的宽度在上述范围内时，正极极耳和负极极耳的宽度不需要相同，即可以相同或不同。
同时，在一个具体实施方式中，可以将正极极耳和负极极耳形成为使得在制造电极组件时，正极极耳位于比形成有负极极耳的电极表面更长的电极表面上，或者负极极耳位于比形成有正极极耳的电极表面更长的电极表面上。
如上所述，在其中正极极耳和负极极耳的位置不对称的情况中，易于将正极极耳与负极极耳区分开并由此可以防止交叉焊接。另外，由于正极引线和负极引线分别焊接到正极极耳和负极极耳，所以正极引线和负极引线的位置也不对称，由此还可以防止在模块组装或布线用于电连接期间将正极引线和负极引线的位置混淆。
在此情况中，正极引线和负极引线也可以具有不同的形状。在这点上，正极引线和负极引线的形状没有特别限制，例如可以具有不同的多边形形状、具有弧形端部的形状、或弯曲形状。
同时，如上所述，作为提高电极引线对电极极耳的焊接性的方法，各个正极极耳和负极极耳的焊接部可以具有带有大的宽度的形状。然而，在一个具体实施方式中，其焊接部的高度可以等于电极引线的高度的3％～30％，更特别地3％～20％。
在这点上，高度是指其中极耳从电极表面突出的方向。
当仅考虑焊接性时，焊接部越宽且越大，焊接性越好。然而，当焊接部的高度超过30％时，由于焊接而导致电阻大大升高。另一方面，当焊接部的高度小于3％时，可能不会实现期望的焊接性提高效果。
正极极耳和负极极耳与正极引线和负极引线的材料可以不同。特别地，其材料可以为相同的如Al。
下文中，将对电极组件的其他成分进行说明。
通过将正极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物涂布到正极集电器上并对所述涂布的正极集电器进行干燥和压制来制造正极板。如果期望，所述混合物可以还包含填料。
通常将正极集电器制成3～500μm的厚度。正极集电器没有特别限制，只要其在制造的电池中不会造成化学变化并具有高电导率即可。例如，正极集电器可以由如下物质制成：不锈钢；铝；镍；钛；烧结碳；或经碳、镍、钛、银等进行过表面处理的铝或不锈钢。所述正极集电器在其表面可具有细小的不规则，从而提高正极活性材料与正极集电器之间的粘附力。另外，可以以包括膜、片、箔、网、多孔结构、泡沫和无纺布的各种形式中的任意形式使用所述正极集电器。
正极活性材料的实例可包括但不限于层状化合物如锂钴氧化物(LiCoO2)和锂镍氧化物(LiNiO2)、或被一种或多种过渡金属置换的化合物；锂锰氧化物如式Li1+xMn2-xO4(其中0≤x≤0.33)的化合物、LiMnO3、LiMn2O3以及LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物如LiV3O8、LiV3O4、V2O5和Cu2V2O7；具有式LiNi1-xMxO2的Ni位点型锂镍氧化物，其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且0.01≤x≤0.3；具有式LiMn2-xMxO2的锂锰复合氧化物，其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且0.01≤x≤0.1，或具有式Li2Mn3MO8的锂锰复合氧化物，其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn；具有式LiNixMn2-xO4的尖晶石结构锂锰复合氧化物，其中0.01≤x≤0.6；其中一部分Li原子被碱土金属离子置换的LiMn2O4；二硫化合物；以及Fe2(MoO4)3。
在一个具体实施方式中，所述正极活性材料可以为由下式1表示的尖晶石结构锂锰复合氧化物，其为高电位氧化物：
LixMyMn2-yO4-zAz (1)
其中0.9≤x≤1.2，0<y<2且0≤z<0.2；
M为选自如下中的至少一种元素：Al、Mg、Ni、Co、Fe、Cr、V、Ti、Cu、B、Ca、Zn、Zr、Nb、Mo、Sr、Sb、W、Ti和Bi；且
A为至少一种单价或二价阴离子。
特别地，所述锂锰复合氧化物可以为由下式2表示的锂镍锰复合氧化物，更特别地为LiNi0.5Mn1.5O4或LiNi0.4Mn1.6O4。
LixNiyMn2-yO4 (2)
在上式2中，0.9≤x≤1.2且0.4≤y≤0.5。
在另一个实施方式中，正极活性材料可以为由式3和4表示的氧化物中的至少一种，特别地选自如下中的至少一种氧化物：LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和LiMn2O4。
Li1+x’Ni1-y’-z’-tMny’Coz’M’tO2-wA’w (3)
其中-0.2<x’<0.2，0≤y’≤0.4，0≤z’≤0.4，0≤t≤0.2和0≤w≤0.05；M’＝第一行过渡金属如Fe、Cr、Ti、Zn、V等，Al、Mg等；A’＝第6A和7A族元素如S、Se、F、Cl、I等，和
Li1+x”Mn2-y”M”y”O4-w’A”w’ (4)
其中-0.2<x”<0.2，0≤y”<0.4且0≤w’≤0.05；M”＝第一行过渡金属如Ni、Mn、Fe、Cr、Ti、Zn、V等；且A”＝第6A和7A族元素如S、Se、F、Cl、I等。
基于包含正极活性材料的混合物的总重量，典型地以1～50重量％的量添加导电材料。对导电材料没有特别限制，只要其在制造的电池中不会造成化学变化并具有导电性即可。导电材料的实例包括但不限于石墨如天然石墨或人造石墨；炭黑类材料如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑；导电纤维如碳纤维和金属纤维；金属粉末如氟化碳粉末、铝粉末和镍粉末；导电晶须如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物如二氧化钛；和聚亚苯基衍生物。
粘合剂是有助于活性材料与导电材料之间的结合并有助于活性材料对集电器的结合的成分。基于包含正极活性材料的混合物的总重量，可以典型地以1～50重量％的量添加所述负极粘合剂。粘合剂的实例包括但不限于聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
填料任选地用作用于抑制正极膨胀的成分。填料没有特别限制，只要其为在制造的二次电池中不会造成化学变化的纤维材料即可。填料的实例包括：烯烃基聚合物如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维材料如玻璃纤维和碳纤维。
通过将负极活性材料涂布到负极集电器上并对所述涂布的负极集电器进行干燥和压制来制造负极板。如果需要，除了所述负极活性材料之外，还可以使用上述成分如导电材料、粘合剂、填料等。
通常将负极集电器制成3～500μm的厚度。所述负极集电器没有特别限制，只要其在制造的电池中不会造成化学变化并具有导电性即可。例如，负极集电器可以由如下物质制成：铜；不锈钢；铝；镍；钛；烧结碳；经碳、镍、钛、银等进行过表面处理的铜或不锈钢；或铝-镉合金。与正极集电器类似，负极集电器也可在其表面上具有细小的不规则，从而提高负极活性材料与负极集电器之间的粘附力。另外，可以以包含膜、片、箔、网、多孔结构、泡沫和无纺布的各种形式中的任意形式使用所述负极集电器。
负极活性材料的实例包括但不限于碳如硬碳和石墨基碳；金属复合氧化物如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)和SnxMe1-xMe’yOz(其中Me：Mn、Fe、Pb或Ge；Me’：Al，B，P，Si，I族、II族和III族元素，或卤素；0<x≤1；1≤y≤3；且1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅基合金；锡基合金；金属氧化物如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、和Bi2O5；导电聚合物如聚乙炔；Li-Co-Ni基材料；钛氧化物；锂钛氧化物。
在一个具体实施方式中，负极活性材料可以为由下式5表示的锂钛氧化物(LTO)，特别地为Li0.8Ti2.2O4、Li2.67Ti1.33O4、LiTi2O4、Li1.33Ti1.67O4、Li1.14Ti1.71O4等。然而，负极活性材料的组成和类型没有特别限制，只要负极活性材料能够嵌入/脱嵌锂离子即可。更特别地，负极活性材料可以为在充电和放电期间晶体结构的变化小并具有优异可逆性的尖晶石结构LTO，如Li1.33Ti1.67O4或LiTi2O4。
LiaTibO4(5)
其中0.5≤a≤3和1≤b≤2.5。
隔膜设置在所述正极与所述负极之间，将具有高离子渗透率和高机械强度的绝缘薄膜用作所述隔膜。所述隔膜典型地具有0.01～10μm的孔径和5～300μm的厚度。作为隔膜，使用由如下物质制成的片或无纺布：烯烃聚合物如聚丙烯；玻璃纤维或聚乙烯，其具有耐化学性和疏水性。当使用固体电解质如聚合物作为电解质时，所述固体电解质也可以充当隔膜。
本发明还提供一种包含上述电极组件的二次电池。特别地，本发明提供一种具有其中电极组件浸渗有含锂盐的电解质的结构的二次电池。
含锂盐的电解质由电解质和锂盐构成。作为所述电解质，可使用非水有机溶剂、有机固体电解质、无机固体电解质等，但不能将本发明的实施方式限制于此。
例如，非水有机溶剂可以为非质子有机溶剂，如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯、丙酸乙酯等。
有机固体电解质的实例包括聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚搅拌赖氨酸(poly agitation lysine)、聚酯硫醚、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯和含有离子离解基团的聚合物。
无机固体电解质的实例包括锂的氮化物、卤化物和硫酸盐如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH和Li3PO4-Li2S-SiS2。
所述锂盐是易溶于非水电解质中的材料，其实例包括但不限于LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂和酰亚胺。
另外，为了提高充/放电特性和阻燃性，例如，可以向非水电解质中添加吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、正甘醇二甲醚、六磷酸三酰胺(hexaphosphorictriamide)、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝等。在某些情况中，为了赋予不燃性，所述电解质可还包含含卤素的溶剂如四氯化碳和三氟乙烯。此外，为了提高高温储存特性，所述电解质可另外包含二氧化碳气体、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、丙烯磺酸内酯(PRS)等。
在一个具体实施方式中，可通过将锂盐如LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiN(SO2CF3)2等添加到环状碳酸酯如EC或PC与线性碳酸酯如DEC、DMC或EMC的混合溶剂中，从而制备含锂盐的非水电解质，所述环状碳酸酯为高介电溶剂，所述线性碳酸酯为低粘性溶剂。
附图说明
由结合附图的如下详细说明，将更清楚地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优势，其中：
图1是根据本发明一个实施方式的电极组件的视图；
图2是根据本发明另一个实施方式的电极组件的视图；
图3是根据本发明另一个实施方式的电极组件的视图；
图4是根据本发明另一个实施方式的电极组件的视图；
图5是根据本发明另一个实施方式的电极组件的视图；
图6是根据本发明另一个实施方式的电极组件的视图；
图7是根据本发明另一个实施方式的电极组件的视图；且
图8是根据本发明另一个实施方式的电极组件的视图；
具体实施方式
现在，参考附图对本发明进行更详细的说明。提供这些实例仅用于例示目的且不应将其解释为限制本发明的范围和主旨。
附图1～8是各自示出根据本发明实施方式的电极组件100、200、300、400、500、600、700和800的视图。
电极组件100、200、300、400、500、600、700和800各自包含包括如下元件的堆叠结构：正极板110、210、310、410、510、610、710和810，从该正极板突出有正极极耳140、240、340、440、540、640、740和840；负极板120、220、320、420、520、620、720和820，从该负极板突出有负极极耳150、250、350、450、550、650、750和850；设置在所述正极板110、210、310、410、510、610、710和810与所述负极板120、220、320、420、520、620、720和820之间的隔膜130、230、330、430、530、630、730和830；连接至所述正极极耳140、240、340、440、540、640、740和840的正极引线160、260、360、460、560、660、760和860；以及连接至所述负极极耳150、250、350、450、550、650、750和850的负极引线170、270、370、470、570、670、770和870。
首先，参考附图1和2，当在平面视图中观察时，正极极耳140和240具有梯形，负极极耳150和250具有矩形，正极引线160和260具有带有弧形端部的形状，且负极引线170和270具有矩形。由此，易于将正极极耳140和240与负极极耳150和250区分开并易于将正极引线160和260与负极引线170和270区分开。
同时，在附图1中所示的实施方式中，各个正极极耳140和240与各个负极极耳150和250的宽度w和w’为在其上形成有极耳的电极表面的长度l的约15％。在附图2中所示的实施方式中，其宽度w和w’为约35％。即，各个正极极耳140和240与各个负极极耳150和250的宽度w和w’在5％～45％的范围内。
参考附图3，当在平面视图中观察时，正极极耳340具有梯形，负极极耳350具有矩形，正极引线360具有弯曲结构，且负极引线370具有矩形。由此，易于将正极极耳340与负极极耳350区分开，且由于正极引线360具有弯曲形状，所以正极引线360和负极引线370的位置不对称(A≠B)，使得所述正极引线360和负极引线370距在向上和向下的方向上穿过电极中心的轴的距离不同，由此易于将正极引线360与负极引线370区分开。
参考附图4和5，当制造电极组件400和500时，将正极极耳440和540与负极极耳450和550分别设置在电极组件400的两侧端部上和电极组件500的两侧端部上。在此情况中，如附图1的实施方式那样，正极极耳440和540与负极极耳450和550具有不同的形状，且正极引线460和560与负极引线470和570也具有不同的形状。由此，易于将正极极耳440和540与负极极耳450和550区分开并易于将正极引线460和560与负极引线470和570区分开。
同时，在附图4中所示的实施方式中，各个正极极耳440和540与各个负极极耳450和550的宽度w和w’为在其上形成有极耳的电极表面的长度l的约15％。在附图5中所示的实施方式中，其宽度w和w’为约70％～80％。即，各个正极极耳440和540与各个负极极耳450和550的宽度w和w’在电极表面的长度的10％～80％的范围内。
参考附图6和7，电极组件600和700与附图1和2的电极组件100和200的结构的不同之处在于，正极极耳640和740与负极极耳650和750具有相同的形状，但位置不对称(A≠B)。由此，易于将正极极耳640和740与负极极耳650和750区分开。另外，在此情况中，尽管正极引线660和760与负极引线670和770具有相同的形状，但根据电极极耳640和650以及740和750的位置，两种电极引线660和670与760和770位置也不对称(A≠B)，从而两种电极引线距在向上和向下的方向上穿过电极中心的轴的距离不同。由此，也易于将正极引线660和760与负极引线670和770区分开。
同时，在附图6所示的实施方式中，各个正极极耳640和740与各个负极极耳650和750的宽度w和w’为在其上形成有极耳的电极表面的长度l的约15％。在附图7所示的实施方式中，正极极耳740的宽度w为电极表面的长度l的约25％，且负极极耳750的宽度w’为电极表面的长度l的约15％。即，各个正极极耳和负极极耳的宽度w和w’可以在5％～45％的范围内相同或不同。
参考附图8，电极组件800与附图6和7的电极组件600和700的结构的不同之处在于，当在平面视图中观察时，电极引线860具有带有弧形端部的形状且负极引线870具有矩形。即，即使当正极极耳840和负极极耳850的位置不对称时，通过使电极引线860和870具有不同的形状仍可容易地将正极引线860与负极引线870区分开。
尽管出于示例性目的而公开了本发明的优选实施方式，但本领域技术人员应理解，在不背离附属权利要求书中公开的本发明范围和主旨的条件下，可进行各种变更、添加和置换。
工业应用性
如上所述，在根据本发明的电极组件中，正极极耳和负极极耳具有不同的形状或相对于在其上形成有极耳的电极表面的位置不对称，由此可以防止交叉焊接。另外，正极引线和负极引线具有不同的形状或相对于电极表面位置不对称，由此可以解决在模块组装或布线用于电连接期间造成的正极和负极位置的混淆。
另外，以基于电极表面的长度为预定尺寸的方式形成正极极耳和负极极耳的宽度，因此电阻下降，这减少了电池的发热。
Claims (26)
1.一种电极组件，包含：
多个交替排列的正极板和负极板；
设置在所述正极板与所述负极板之间的隔膜；
分别形成在所述正极板上的多个正极极耳；
分别形成在所述负极板上的多个负极极耳；
连接至所述正极极耳的正极引线；以及
连接至所述负极极耳的负极引线，
所述正极极耳和负极极耳的至少一者分别具有包含如下部分的梯形形状、向上呈锥形的漏斗形状或扇形形状，所述部分的特征在于：包含靠近各电极板的具有第一长度的连续的第一边缘、以及设置成远离各电极板的具有第二长度的连续的第二边缘，其中从所述第一边缘向所述第二边缘具有逐渐增加的宽度，且所述第二长度大于所述第一长度，
其中所述正极极耳和负极极耳具有不同的形状，构成所述正极极耳和所述负极极耳的材料相同，且所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于在其上形成有极耳的电极表面的长度的2％～100％，以及
其中所述负极板包含由下式5表示的锂钛氧化物(LTO)作为负极活性材料：
LiaTibO4 (5)
其中0.5≤a≤3且1≤b≤2.5，
其中将所述正极极耳和所述负极极耳分别连接至所述正极引线和所述负极引线的焊接部的高度等于所述正极引线和负极引线的高度的3％～30％。
2.根据权利要求1的电极组件，其中所述正极极耳和所述负极极耳具有不同的多边形形状。
3.根据权利要求1的电极组件，其中所述正极极耳和所述负极极耳中的任意一种具有带有弧形端部的形状。
4.根据权利要求1的电极组件，其中所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于在其上形成有极耳的电极表面的长度的2％～80％。
5.根据权利要求1的电极组件，其中当在制造所述电极组件中在平面视图中观察时，所述正极极耳和所述负极极耳位于所述电极组件一侧方向的端部上，或分别位于所述电极组件的两侧相向的端部上，或分别位于所述电极组件的相互垂直的端部上。
6.根据权利要求5的电极组件，其中当在制造所述电极组件中在平面视图中观察时，所述正极极耳和所述负极极耳位于所述电极组件一侧方向的端部上，且所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于在其上形成有极耳的电极表面的长度的5％～45％。
7.根据权利要求6的电极组件，其中所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于在其上形成有极耳的电极表面的长度的10％～40％。
8.根据权利要求5的电极组件，其中当在制造所述电极组件中在平面视图中观察时，所述正极极耳和所述负极极耳分别位于所述电极组件的两侧相向的端部上，或分别位于所述电极组件的相互垂直的端部上，且所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于在其上形成有极耳的电极表面的长度的10％～80％。
9.根据权利要求8的电极组件，其中所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于在其上形成有极耳的电极表面的长度的15％～70％。
10.一种电极组件，包含：
多个交替排列的正极板和负极板；
设置在所述正极板与所述负极板之间的隔膜；
分别形成在所述正极板上的多个正极极耳；
分别形成在所述负极板上的多个负极极耳；
连接至所述正极极耳的正极引线；以及
连接至所述负极极耳的负极引线，
所述正极极耳和负极极耳的至少一者分别具有包含如下部分的梯形形状、向上呈锥形的漏斗形状或扇形形状，所述部分的特征在于：包含靠近各电极板的具有第一长度的连续的第一边缘、以及设置成远离各电极板的具有第二长度的连续的第二边缘，其中从所述第一边缘向所述第二边缘具有逐渐增加的宽度，且所述第二长度大于所述第一长度，
其中所述正极极耳和所述负极极耳的位置相对于在其上形成有极耳的电极表面不对称，构成所述正极极耳和所述负极极耳的材料相同，且所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于所述电极表面的长度的5％～45％，以及
其中所述负极板包含由下式5表示的锂钛氧化物(LTO)作为负极活性材料：
LiaTibO4 (5)
其中0.5≤a≤3且1≤b≤2.5，
其中将所述正极极耳和所述负极极耳分别连接至所述正极引线和所述负极引线的焊接部的高度等于所述正极引线和负极引线的高度的3％～30％。
11.根据权利要求10的电极组件，其中当制造所述电极组件时，所述正极极耳和所述负极极耳形成为使得所述正极极耳位于比其上形成有所述负极极耳的电极表面更长的电极表面上。
12.根据权利要求10的电极组件，其中，当制造所述电极组件时，所述正极极耳和所述负极极耳形成为使得所述负极极耳位于比其上形成有所述正极极耳的电极表面更长的电极表面上。
13.根据权利要求10的电极组件，其中所述正极极耳和所述负极极耳的宽度等于所述电极表面的长度的10％～40％。
14.根据权利要求1或10的电极组件，其中所述正极引线和所述负极引线具有不同的形状。
15.根据权利要求14的电极组件，其中所述正极引线和所述负极引线具有不同的多边形形状。
16.根据权利要求14的电极组件，其中所述正极引线和所述负极引线中的任意一种具有带有弧形端部的形状。
17.根据权利要求14的电极组件，其中所述正极引线或所述负极引线具有弯曲形状，使得所述正极引线和所述负极引线的位置相对于所述电极表面不对称。
18.根据权利要求1或10的电极组件，其中构成所述正极引线和所述负极引线的材料相同。
19.根据权利要求1或10的电极组件，其中将所述正极极耳和所述负极极耳分别连接至所述正极引线和所述负极引线的焊接部的高度等于所述正极引线和负极引线的高度的3％～20％。
20.根据权利要求1或10的电极组件，其中所述正极板包含由下式1表示的尖晶石结构锂锰复合氧化物作为正极活性材料：
LixMyMn2-yO4-zAz (1)
其中0.9≤x≤1.2，0<y<2且0≤z<0.2；
M为选自如下中的至少一种元素：Al、Mg、Ni、Co、Fe、Cr、V、Ti、Cu、B、Ca、Zn、Zr、Nb、Mo、Sr、Sb、W、Ti和Bi；且
A为至少一种一价或二价阴离子。
21.根据权利要求20的电极组件，其中式1的所述锂锰复合氧化物为由下式2表示的锂镍锰复合氧化物(LNMO)：
LixNiyMn2-yO4 (2)
其中0.9≤x≤1.2且0.4≤y≤0.5。
22.根据权利要求21的电极组件，其中所述锂镍锰复合氧化物为LiNi0.5Mn1.5O4或LiNi0.4Mn1.6O4。
23.根据权利要求1或10的电极组件，其中所述正极板包含由式3和4表示的氧化物中的至少一种作为正极活性材料：
Li1+x’Ni1-y’-z’-tMny’Coz’M’tO2-wA’w (3)
其中-0.2<x’<0.2，0≤y’≤0.4，0≤z’≤0.4，0≤t≤0.2和0≤w≤0.05；M’选自Fe、Cr、Ti、Zn、V、Al和Mg；A’选自第6A和7A族元素，和Li1+x”Mn2-y”M”y”O4-w’A”w’ (4)
其中-0.2<x”<0.2，0≤y”<0.4且0≤w’≤0.05；M”选自Ni、Mn、Fe、Cr、Ti、Zn和V；且A”选自第6A和7A族元素。
24.根据权利要求23的电极组件，其中所述正极活性材料为选自如下的至少一种氧化物：LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2和LiMn2O4。
25.根据权利要求1的电极组件，其中所述锂钛氧化物为Li1.33Ti1.67O4或LiTi2O4。
26.一种二次电池，其包含根据权利要求1～25中任一项的电极组件。
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- 2015-07-07 KR KR1020150096435A patent/KR20150086218A/ko not_active Application Discontinuation
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