CN104272515A - 梯状结构的电极组件和复合电极组件 - Google Patents

梯状结构的电极组件和复合电极组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及：一种容纳在二次电池的电池外壳中的阶形结构的电极组件；和一种复合电极组件，其中与现有电极组件不同，阶形结构根据装置的弯曲度形成以使用装置内侧的死空间，由此提高装置的每单位体积的容量。

Description

梯状结构的电极组件和复合电极组件
技术领域
本发明涉及一种安装在二次电池的电池外壳中的电极组件，并且更加具体地涉及一种梯状结构的电极组件和一种梯状结构的复合电极组件。
背景技术
随着信息技术(IT)的令人注目的发展，多种便携式信息通信装置已经普及。结果，在21世纪，我们正在迈向一个信息社会，其中与时间和场所无关地实现了高质量的信息服务。
对于实现这种信息社会而言，锂二次电池是非常重要的。具体地，能够充电和放电的锂二次电池已经广泛地用作无线移动装置的能源。另外，锂二次电池还已经用作电动车辆和混合动力车辆的能源，已经为了解决由使用化石燃料的现有的汽油和柴油车辆引起的问题诸如空气污染而提出了电动车辆和混合动力车辆。
因为如上所述锂二次电池能够应用于此的装置是多样化的，所以锂二次电池已经是多样化的使得锂二次电池能够提供适合于锂二次电池所应用到的装置的功率和容量。另外，对于减小锂二次电池的尺寸和重量存在强烈的需求。
根据对应的产品的尺寸和重量的减小，小型移动装置诸如移动电话、个人数字助理(PDA)、数字照相机和膝上型计算机为每一个装置使用一个或者几个小型、轻质的电池单元。
另一方面，因为对于中型或者大型装置而言，高功率和大容量是有必要的，所以中型或者大型装置诸如电动自行车、电动摩托车、电动车辆和混合动力车辆使用具有相互电连接的多个电池单元的中型或者大型电池模块(中型或者大型电池组)。电池模块的尺寸和重量与对应的中型或者大型装置的电池模块安装空间和功率正相关。因此，制造商正在试图制造小的并且轻质的电池模块。
基于它们的形状分类的柱形电池单元、棱形电池单元和袋状电池单元被用作电池模块或者电池组的单元电池。在这些电池中，能够以高集成度堆叠、具有每单位重量的高的能量密度、廉价的并且能够容易地变型的袋状电池单元已经引起了广泛的关注。
图1A和1B是典型地示出传统的代表性袋状二次电池的一般结构的分解透视图。
参考图1A，袋状二次电池10包括：电极组件20，该电极组件20具有从其突出的多个电极突片21和22；两根电极引线30和31，该两根电极引线30和31分别地连接到电极突片21和22；和电池外壳40，该电池外壳40用于在密封状态中接收电极组件20使得电极引线30和31的某些部分从电池外壳40向外露出。
电池外壳40包括：下壳42，该下壳42具有电极组件20位于其中的凹入接收部41；和上壳43，该上壳43用于覆盖下壳42使得电极组件20密封在电池外壳40中。上壳43和下壳42在电极组件20安装在其中的状态中通过热焊接相互连接以形成上端密封部44、侧密封部45和46以及下端密封部47。
如在图1A中所示，上壳43和下壳42可以被构造成独立的部件。在另一方面，如在图1B中所示，上壳43的一端可以一体地形成在下壳42的对应的端部处使得上壳43和下壳42可以被以铰接方式相互连接。
另外，如在图1A和1B中所示，袋状电池单元被构造成具有如下结构，其中由电极突片和连接到电极突片的电极引线构成的电极端子形成在堆叠式电极组件的一端处。可替代地，也可以使用以上方法制造袋状电池单元，该袋状电池单元被构造成具有电极端子形成在电极组件的一端和另一端处的结构。
发明内容
技术问题
如在图1A和1B中所示，电极组件通常被制造成具有近似长方体结构。电极组件被安装在电池外壳中以制造具有长方体结构的袋状电池单元。多个这种袋状电池单元被堆叠以构成具有长方体结构的电池组。
然而，具有长方体结构的电池单元或者具有长方体结构的电池组所应用到的装置通常不以长方体形状形成。例如，智能手机的侧面可以是弯曲的以改进抓持性。
然而，在具有长方体结构的电池单元或者具有长方体结构的电池组被安装在被设计成具有这种弯曲部分的装置中的情形中，装置的空间利用率可能降低。
即，装置的弯曲部分具有不能安装电池单元或者电池组的死空间。最终，这种死空间降低了装置每单位体积的容量。
因此，已经实现了本发明以解决以上问题，并且本发明的目的在于提供能够最大地提高装置每单位体积的容量的一种梯状结构的电极组件和一种梯状结构的复合电极组件以及一种包括它们的电池单元。
技术方案
根据本发明的一个方面，能够通过提供一种电极组件实现以上和其它目的，该电极组件包括：两个或者更多个电极板，每一个电极板具有电极突片；和一体片式分隔膜，该分隔膜用于覆盖每一个电极板的一个主表面和另一个主表面以及电极板的侧表面，该电极板的侧表面构成不形成电极突片的区域，其中，电极板基于平面在高度方向上堆叠使得在分隔膜介于电极板之间的状态下具有相反的极性的电极板面对彼此，并且电极板包括一个或者更多个电极板和具有与该一个或者更多个电极板相同的尺寸或者不同的尺寸的一个或者多个其它电极板，并且具有不同尺寸的电极组的堆叠结构形成包括一个或者更多个台阶的梯状结构，每一个台阶具有宽度和高度。
在具有不同堆叠区域的n个电极组被堆叠的情形中，梯状结构可以具有n个台阶，这里，n是等于或者大于2的自然数并且可以考虑到装置的容量或者装置外侧的弯曲度地被适当地调节。
具体地，电极板可以包括两个或者更多个电极板。在此情形中，该两个或者更多个电极板可以具有不同的尺寸。可替代地，电极板之一的尺寸可以不同于具有相同尺寸的其它电极板的尺寸。另外，电极板可以包括具有相同尺寸的两个或者更多个电极板(A)和具有相同尺寸的两个或者更多个电极板(B)的组合，电极板(B)的尺寸不同于电极板(A)的尺寸。可替代地，电极板可以包括具有相同尺寸的两个或者更多个电极板(A)、具有相同尺寸的两个或者更多个电极板(B)和具有相同尺寸的两个或者更多个电极板(C)的组合，电极板(B)的尺寸不同于电极板(A)的尺寸，电极板(C)的尺寸不同于电极板(A)和电极板(B)的尺寸。
每一个电极板的形状不被特别地限制。例如，每一个电极板可以以平行六面体形状形成。可替代地，每一个电极板可以在平面中以多边形或者圆形形状形成。进而，每一个电极板可以以平坦形状或者弯曲平坦形状形成。
具体地，每一个电极板可以以具有总宽度、总长度和总高度的平行六面体形状形成。平行六面体可以在平面中以四边形形状形成。在该情形中，总宽度可以是电极突片从其突出的一个侧面的长度并且总长度可以是电极突片并不从其突出的一个侧面的长度。另外，总高度可以是平行六面体的高度。
为了形成梯状结构，根据本发明的电极组件可以包括具有不同总长度和/或总宽度的一个或者更多个电极板。
因此，具有不同尺寸的电极板可以是具有不同总长度和/或总宽度的电极板。
例如，在电极组件中包括的具有不同总长度和/或总宽度的电极板的数目可以基于装置的形状或者需要的容量而被灵活地调节，在该装置中安装有电极组件安装在其中的电池单元。具体地，电极组件可以包括两个或者三个电极板。可替代地，电极组件可以包括四个或者更多个电极板。
在更加具体的实例中，每一个电极板可以以长方体形状形成。可替代地，每一个电极板可以以正六面体形状形成。
每一个电极板可以具有直角角部或者每一个电极板的角部中的至少一个可以被弯曲。更加具体地，在平面中以四边形形状形成的每一个电极板的四个角部中的至少一个可以被弯曲。在每一个电极板的角部中的至少一个被如上所述地弯曲的情形中，当电极组件掉落时施加到每一个电极板的弯曲角部的冲击减小，由此提高了安全性。
电极突片可以具有相同尺寸或者不同尺寸。具体地，选自电极突片的总宽度、总长度和总高度中的至少一项可以是不同的。可替代地，电极突片可以具有相同的总宽度、总长度和总高度。电极突片可以被联接到电极引线以形成锂二次电池的电极端子。
在以上说明中，平面意味着任意平面。即，平面可以是地面或者与地面垂直的平面。因此，电极板可以在高度方向上堆叠在地面上。可替代地，电极板可以在高度方向上堆叠在与地面垂直的平面上。
在下文中，为了易于理解，平面可以被称作地面。在该情形中，从平面的高度方向可以被称作重力的相反方向并且与高度方向相反的方向可以被称作重力方向。
例如，在以上说明中的表达“电极板基于平面在高度方向上堆叠”可以意味着电极板可以在重力的方向上和/或在重力的相反方向上从地面堆叠。因此，电极板的堆叠方向可以是重力方向和/或重力的相反方向。
在电极板被堆叠的结构中，在分隔膜被布置在电极板之间的状态下彼此相邻地布置的具有不同尺寸的电极板中的较大尺寸的电极板可以是阳极板。
在分隔膜被布置在电极板之间的状态下彼此相邻地布置的电极板中的较大尺寸的电极板是阳极板的情形中，当物体诸如钉子挤压或者穿透电池时，阳极板可以用作安全部件。因此，可能导致电池的初级的微小的短路，由此防止电池的燃烧和爆炸。
在构成电池模块或者电池组的电池的燃烧和爆炸可能导致电池模块或者电池组的燃烧和爆炸的电池模块或者电池组中，阳极板的作为安全部件的功能是非常重要的。
另外，如与分隔膜被布置在电极板之间的状态下彼此相邻地布置的电极板中的较大尺寸的电极板是阴极板的情形中相比较，在分隔膜被布置在电极板之间的状态下彼此相邻地布置的电极板中的较大尺寸的电极板是阳极板的情形中，能够最小化在电池的充电和放电期间的枝状生长。
然而，本发明不限于此。例如，电极板中的较大尺寸的电极板可以是阴极板。
另外，堆叠的电极板中的最下面的电极板可以是阳极板或者阴极板。在堆叠的电极板中的最下面的电极板是阴极板的情形中，阴极浆料可以被施加到在分隔膜被布置在阴极板和阳极板之间的状态中面对阳极板的阴极板的仅一个主表面。具体地，阴极浆料可以仅被施加到与在分隔膜被布置在阴极板和阳极板之间的状态下堆叠的阳极板的一个主表面对应的阴极板的一个主表面的区域。
电极突片从其突出的每一个电极板的表面可以被称作每一个电极板的前部并且与每一个电极板的前部相对的表面可以被称作每一个电极板的后部。另外，与平面平行的每一个电极板的表面可以被称作每一个电极板的一个主表面和另一个主表面。进而，与一个主表面和另一个主表面垂直并且与高度方向平行的每一个电极板的表面可以是每一个电极板的一个侧表面，并且与每一个电极板的一个侧表面相对的表面可以是相对的侧表面。一个侧表面和/或另一个侧表面可以被称作侧面。
电极板可以被堆叠成使得选自电极板的前部、后部和侧面中的至少一项不在同一平面上。具体地，电极板可以被堆叠成使得仅电极板的前部被布置在同一平面上，使得仅电极板的后部被布置在同一平面上，或者使得电极板的一个侧表面和/或另一个侧表面被布置在同一平面上。可替代地，电极板可以被堆叠成使得电极板的所有的前部、后部、一个侧表面和另一个侧表面不被布置在同一平面上。在电极板被堆叠成使得电极板的所有的前部、后部、一个侧表面和另一个侧表面不被布置在同一平面上的情形中，根据本发明的电极组件可以以四角锥的截头锥体的形状形成。如上所述电极板的堆叠布置只是本发明的一个具体实例，并且因此电极板的布置不限于以上实例。
在电极板基于平面在高度方向上和与高度方向相反的方向上，即在相反方向上堆叠的情形中，基于平面在高度方向上堆叠的电极板和在与高度方向相反的方向上堆叠的电极板可以对称地或者非对称地堆叠。
具体地，在电极板在相反方向上对称地堆叠的情形中，电极板可以被堆叠成使得仅电极板的前部在高度方向上被布置在同一平面上并且仅电极板的后部在与高度方向相反的方向上被布置在同一平面上。另外，堆叠的电极板的一个侧表面和另一个侧表面可以在高度方向上和在与高度方向相反的方向上被布置在同一平面上。如上所述板的堆叠布置只是本发明的一个具体实例，并且因此电极板的布置不限于以上实例。
在如上所述电极板被堆叠成使得仅电极板的前部在高度方向上被布置在同一平面上并且仅电极板的后部在与高度方向相反的方向上被布置在同一平面上的情形中，根据本发明的电极组件可以被构造成使得电极板在高度方向上和在与高度方向相反的方向上非对称地堆叠。
另外，电极板可以被堆叠成使得电极板的前部、后部、一个侧表面和另一个侧表面在相反方向上不被布置在同一平面上。在该情形中，根据本发明的电极组件可以以八角锥的对称截头锥体形状形成。当然，本领域技术人员可以从以上说明容易地理解电极板可以被堆叠成使得电极组件可以以八角锥的非对称截头锥体形状形成。
在电极板的堆叠结构中，电极突片可以从相应的电极板突出使得具有相同极性的电极板的电极突片被布置在同一虚拟垂线上。即，基于具有相同极性的电极板中的最小的电极板的电极突片形成的位置，其它电极板的电极突片可以被电连接到在同一虚拟垂线上的最小电极板的电极突片。
例如，基于具有相同极性的电极板中的最小的电极板的阴极突片形成的位置，其它电极板的阴极突片可以被电连接到在同一虚拟垂线上的最小电极板的阴极突片。
一体片式分隔膜可以在覆盖具有相反的极性的每一个电极板的一个主表面和另一个主表面与一个侧表面和/或另一个侧表面的同时位于在电极板之间的堆叠界面处，以防止在阴极和阳极之间发生短路。
一体片式分隔膜可以位于每一个电极板的一个主表面和另一个主表面处以防止在一个电极板的阴极和面对一个电极板的阴极的另一个电极板的阳极之间发生短路。另外，片式分隔膜可以覆盖每一个电极板的一个侧表面和/或另一个侧表面以由于反复的充电和放电而可靠地维持在电极板和分隔膜之间的界面接触。具体地，在缠绕分隔膜期间产生的张力可以提供压力以在电极板和分隔膜之间实现紧密的界面接触。
分隔膜可以具有足够的长度以覆盖每一个电极板的一个主表面和另一个主表面以及一个侧表面和/或另一个侧表面。
在另一方面，分隔膜的长度可以比以上限定的长度长。在该情形中，覆盖每一个电极板的一个主表面和另一个主表面以及一个侧表面和/或另一个侧表面的分隔膜的剩余部分可以覆盖电极板堆叠体的外侧，并且分隔膜的端部可以通过热焊接或者胶粘而被固定。
在分隔膜如上所述覆盖每一个电极板的一个主表面和另一个主表面以及一个侧表面和/或另一个侧表面的情形中，分隔膜可以被布置成与每一个电极板的一个主表面和另一个主表面紧密接触。
在另一方面，在分隔膜覆盖每一个电极板的一个主表面、另一个主表面和侧面并且然后覆盖电极板堆叠体的外侧的情形中，分隔膜可以不被布置成与具有不同尺寸的每一个电极板的一个侧表面和/或另一个侧表面紧密接触。
因此，在该情形中，分隔膜的与每一个电极板的一个侧表面和/或另一个侧表面间隔开的部分可以被切割或者加热使得分隔膜紧密地接触每一个电极板的一侧和/或另一侧。
同时，即使在分隔膜覆盖每一个电极板的一个主表面和另一个主表面以及一个侧表面和/或另一个侧表面的情形中，分隔膜仍然可以不被布置成与具有不同尺寸的每一个电极板的一个侧表面和/或另一个侧表面紧密接触。
因此，即使在该情形中，分隔膜的与每一个电极板的一个侧表面和/或另一个侧表面间隔开的部分也可以被切割或者加热使得分隔膜紧密地接触每一个电极板的一个侧表面和/或另一个侧表面。
梯状结构可以由具有不同尺寸的电极板的堆叠结构形成。
具体地，可以在具有不同尺寸的阴极板和阳极板在分隔膜被布置在阴极板和阳极板之间并且阴极板的一个侧表面和/或另一个侧表面和阳极板的一个侧表面和/或另一个侧表面被分隔膜覆盖的状态下被堆叠的情形中形成具有一个台阶的梯状结构。
在另一方面，可以在具有不同尺寸的三个电极板被堆叠成使得在分隔膜被布置在电极板之间的同时具有相反的极性的电极板面对彼此并且使得每一个电极板的一个侧表面和/或另一个侧表面被分隔膜覆盖的情形中形成具有两个台阶的梯状结构。
本领域技术人员可以容易地从以上说明理解具有三个或者更多个台阶的梯状结构，并且因此将省略其进一步详细的说明。
形成梯状结构的区域不被特别地限制。具体地，在电极板被堆叠成使得仅电极板的前部被布置在同一平面上的情形中，梯状结构可以形成在电极板的后部、一个侧表面或者另一个侧表面处。在另一方面，在电极板被堆叠成使得电极板的前部、后部和侧面不被布置在同一平面上的情形中，梯状结构可以形成在电极板的前部、后部和侧面处。本领域技术人员可以容易地从以上说明理解形成梯状结构的区域，并且因此将省略其进一步详细的说明。
梯状结构具有宽度和高度。梯状结构的宽度可以与在堆叠的电极板的总宽度或者总长度之间的差相当并且梯状结构的高度可以是台阶高度之和。每一个台阶的高度可以与堆叠的电极板中的每一个电极板的高度对应。梯状结构的宽度和/或台阶高度可以基于如下装置的弯曲度而变化，在该装置中安装有具有电极组件的电池单元。
梯状结构可以具有(i)相同的台阶高度和不同的宽度或者(ii)不同的宽度和台阶高度。
在以上说明中，分隔膜位于在电极板诸如阴极板或者阳极板之间的堆叠界面处，同时覆盖每一个电极板的侧面。然而，本发明的范围不限于此。
根据本发明的电极组件可以包括被构造成具有如下结构的单元电池，在该结构中，在分隔板被布置在电极板中的某些电极板之间的状态下，具有相反的极性的电极板基于平面在高度方向上被交替地堆叠。在这个结构中，能够使得分隔膜可靠地维持在电极板和分隔板之间以及在单元电池和分隔膜之间的界面接触。
在该情形中，堆叠的电极板中的最下面的电极板可以是阴极板并且阴极浆料可以被施加到在分隔板被布置在阴极板和阳极板之间的状态下面对阳极板的阴极板的仅一个主表面。具体地，阴极浆料可以仅被施加到与在分隔膜被布置在阴极板和阳极板之间的状态下堆叠的阳极板的一个主表面对应的阴极板的一个主表面的区域。
构成单元电池的具有相同极性的电极板可以具有相同的尺寸或者不同的尺寸。
每一个电极板和分隔板可以以平坦形状或者弯曲平坦形状形成。
根据本发明的电极组件可以包括一个或者更多个电极板、具有与该一个或者更多个电极板相同的尺寸或者不同的尺寸的一个或者多个其它电极板、具有与该一个或者更多个电极板相同的尺寸或者不同的尺寸的一个或者更多个单元电池和具有与该一个或者更多个单元电池相同的尺寸或者不同的尺寸的一个或者更多个其它单元电池。
具有不同尺寸的电极板的堆叠结构、具有不同尺寸的电极板和具有不同尺寸的单元电池的堆叠结构，或者具有不同尺寸的单元电池的堆叠结构可以形成包括一个或者更多个台阶的梯状结构，每一个台阶具有宽度和高度。
可以通过将分隔板和电极板添加到部分或者全部电极板来制造每一个单元电池。
具体地，每一个单元电池的最上电极板和最下电极板可以具有相同的极性。可替代地，每一个单元电池的最上电极板和最下电极板可以具有不同的极性。另外，其每一个的最上电极板和最下电极板具有相同极性的单元电池可以是其每一个的最上电极板和最下电极板为阴极板的单元电池。可替代地，其每一个的最上电极板和最下电极板具有相同极性的单元电池可以是其每一个的最上电极板和最下电极板为阳极板的单元电池。
根据本发明的另一个方面，提供一种复合电极组件。
该复合电极组件被构造成具有如下结构，其中至少两个极体选自以下的组，该组包括：具有电极突片的电极板；堆叠和折叠式电极组件，该堆叠和折叠式电极组件包括具有相同尺寸的两个或者更多个电极板和一体片式分隔膜，该分隔膜用于覆盖每一个电极板的一个主表面和另一个主表面以及电极板的构成不形成电极突片的区域的侧表面，电极板基于平面在高度方向上堆叠使得具有相反的极性的电极板在分隔膜被布置在电极板之间的状态下面对彼此；和堆叠式电极组件，该堆叠式电极组件包括在分隔板被布置在电极板之间的状态下基于平面在高度方向上堆叠的具有相反的极性的电极板基于平面在高度方向上被堆叠使得具有相反的极性的电极板在分隔板或者片式分隔膜被布置在电极板之间的状态下得以布置，并且极体包括一个或者更多个极体和具有与一个或者更多个电极板相同的尺寸或者不同的尺寸的一个或者多个其它电极板，并且具有不同尺寸的极体的堆叠结构形成包括一个或者多个台阶的梯状结构，每一个台阶具有宽度和高度。
在分隔板或者分隔膜被布置在电极板之间的状态中彼此相邻地布置的电极板中的较大尺寸的电极板可以是阳极板或者阴极板。
另外，堆叠的电极板中的最下面的电极板可以是阳极板或者阴极板。在该情形中，阴极浆料可以仅被施加到在分隔膜被布置在阴极板和阳极板之间的状态下面对阳极板的最下面的阴极板的一个主表面。
以与在以上说明中相同的方式，梯状结构可以具有(i)相同的台阶高度和不同的宽度或者(ii)不同的宽度和台阶高度。梯状结构的宽度和/或台阶高度可以基于如下装置的弯曲度而变化，该装置中安装有在其中安装了复合电极组件的电池单元。
根据本发明进一步的一个方面，提供一种被构造成具有如下结构的锂二次电池，在该结构中，电极组件或者复合电极组件在密封状态下被安装在电池外壳中使得电极组件或者复合电极组件被电解质浸渍。锂二次电池具有被构造成具有如下结构的电极端子，在该结构中，电极组件或者复合电极组件的电极突片被联接到电极引线。
选自电极引线的总宽度、总长度和总高度中的至少一项可以是不同的。可替代地，电极引线可以具有相同的总宽度、总长度和总高度。
在第一具体实例中，堆叠式电极组件可以包括被构造成具有如下结构的第一电极组，在该结构中，阴极板、阳极板和分隔板被层叠，同时被堆叠使得阴极板或者阳极板和分隔板中的一个分隔板位于堆叠式电极组件的最外侧处。
在第二具体实例中，堆叠式电极组件可以包括被构造成具有如下结构的第二电极组，在该结构中，阴极板、阳极板和分隔板被层叠，同时被堆叠使得分隔板位于堆叠式电极组件的最外侧处。
例如，第一电极组可以被构造成具有如下结构，在该结构中，阴极板、分隔板、阳极板和分隔板被层叠同时被顺序地堆叠，或者在该结构中，阳极板、分隔板、阴极板和分隔板被层叠同时被顺序地堆叠。
在第三具体实例中，堆叠式电极组件可以包括被构造成具有如下结构的第三电极组，在该结构中，阴极板、阳极板和分隔板被层叠，同时在分隔板被布置在阴极板和阳极板之间使得阴极板和阳极板位于堆叠式电极组件的最外侧处的状态下被堆叠。
在第四具体实例中，堆叠式电极组件可以包括被构造成具有如下结构的第四电极组，在该结构中，阴极板或者阳极板和分隔板被层叠同时被堆叠。
堆叠式电极组件可以被构造成具有仅第一电极组被堆叠的结构、仅第二电极组被堆叠的结构、仅第三电极组被堆叠的结构、仅第四电极组被堆叠的结构，或者第一、第二、第三和第四电极组被组合的结构。
例如，堆叠式电极组件可以被构造成具有仅第一电极组被堆叠的结构。
第二电极组可以被堆叠在第一电极组的最上端或者最下端处。
在仅第二电极组被堆叠的结构中，阴极板或者阳极板可以被布置在第二电极组之间。
分隔板的端部可以延伸使得分隔板的长度大于阴极板和阳极板的尺寸，即水平长度或者竖直长度。分隔板的延伸端可以通过热焊接相互连接。
同时，用于更加可靠地保持阴极板、分隔板和阳极板的堆叠结构的固定部件可以被添加到第一电极组到第四电极组。
固定部件可以是不同于第一电极组或者第二电极组的另外的外部部件。固定部件可以是胶带或者绑定带以覆盖第一电极组的部分或者全部外侧。
第一电极组的外侧可以包括第一电极组的侧面、顶部、前部和后部。
固定部件可以是构成第一电极组或者第二电极组的分隔板的一部分。在该情形中，分隔板的端部可以被热焊接以固定第一电极组或者第二电极组。然而，本发明不限于此。
固定部件可以包括能够固定第一电极组或者第二电极组的所有的部件。
如与被构造成具有阴极板、阳极板和分隔板只是被堆叠的结构的堆叠式电极组件相比较，在堆叠式电极组件被构造成包括第一电极组和第二电极组的情形中，能够提高生产率和产量。
另外，阴极板、分隔板和阳极板在第一电极组单元中被层叠，并且因此能够最小化由于隆起引起的堆叠式电极组件的体积膨胀。
在堆叠式电极组件被构造成包括第一电极组和第二电极组的情形中，能够防止在折叠过程期间引起的电极组件的错位并且能够省略加工设备。另外，能够使用仅一个层叠器来形成第一电极组或者第二电极组。另外，能够通过简单的堆叠来制造堆叠式电极组件。因此，在折叠过程期间引起的电极损坏可以减轻并且电解质润湿性可以提高。进而，单侧有机和无机复合分隔物，例如安全性增强分隔物(SRS)，可以被用作向外侧露出的分隔板。因此，电池厚度可以降低并且同时加工成本可以降低。
电池外壳由包括树脂层和金属层的层压板形成。电池外壳可以具有接收部，在该接收部中安装根据本发明具有梯状结构的电极组件或者复合电极组件。接收部可以具有与根据本发明具有梯状结构的电极组件或者复合电极组件的形状对应的梯状结构。
锂二次电池可以用作移动电话、便携式计算机、智能手机、智能平板电脑、笔记本计算机、轻型电动车辆(LEV)、电动车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆和电力存储单元的电源。
附图说明
图1A和1B是示出传统的代表性袋状二次电池的分解透视图；
图2和3是典型地示出构成根据本发明的电极组件的电极板和分隔板的透视图和竖直截面视图；
图4和5是典型地示出被构造成具有最上电极板和最下电极板具有不同极性的结构的单元电池的竖直截面视图；
图6是典型地示出被构造成具有最上电极板和最下电极板具有相同极性的结构的单元电池的竖直截面视图；
图7是典型地示出根据本发明的一个实施例的电极组件的竖直截面视图；
图8是典型地示出图7的电极组件的展开视图；
图9到12是示出根据本发明的另一个实施例的电极组件的竖直截面视图；
图13是典型地示出根据本发明的一个实施例的复合电极组件的竖直截面视图；
图14是示出根据本发明的一个实施例的第一电极组的结构的视图；
图15是示出根据本发明的一个实施例的第二电极组的结构的视图；
图16是示出根据本发明的一个实施例的堆叠式电极组件的典型视图；
图17是示出图14的第一电极组的固定结构的典型视图；
图18是示出制造根据本发明的一个实施例的第一电极组的过程的视图；并且
图19是示出根据本发明进一步的实施例的电极组件的平面视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。然而，应该指出，本发明的范围不受所示意的实施例限制。
典型地在图2和3中示出构成根据本发明的电极组件的阴极板130、阳极板170和分隔板150。参考图2和3，阴极板130被构造成具有阴极浆料132被施加到阴极集电器136的结构，并且阳极板170被构造成具有阳极浆料172被施加到阳极集电器176的结构。
在图2的阴极板130中，阴极浆料132被施加到阴极集电器136的顶部和底部。在图2的阳极板170中，阳极浆料172被施加到阳极集电器176的顶部和底部。图2和3的阴极板130和阳极板170以具有总长度L1、总宽度S1和总高度H的长方体形状形成。
图4到6是典型地示出堆叠式电极组件300和400的竖直截面视图，该堆叠式电极组件300和400被构造成具有在分隔板150被布置在阴极板130和阳极板170之间的状态中图3的阴极板130和阳极板170基于与堆叠平面平行的平面在高度方向上交替地堆叠的结构。
在图4和5的堆叠式电极组件210、220、230、240和250中，最上电极板和最下电极板具有不同的极性。另一方面，在图6的堆叠式电极组件310、320和330中，最上电极板和最下电极板具有相同的极性。
阴极浆料被施加到堆叠式电极组件220、250和330中的每一个的直接接触堆叠在最下阴极板上的分隔板的最下阴极板的仅一个主表面。
图7是典型地示出仅包括图4和5的堆叠式电极组件的、根据本发明的电极组件的竖直截面视图。具体地，具有相同的且比堆叠式电极组件300B、300D、300F和300H更大的总宽度的堆叠式电极组件300I、300G、300E、300C和300A基于平面在高度方向上顺序地堆叠在电极组件的最下端上。具有相同的且比堆叠式电极组件300I、300G、300E、300C和300A更小的总宽度的堆叠式电极组件300B和300D顺序地堆叠在堆叠式电极组件300A的上端上。具有相同的且比堆叠式电极组件300B和300D更小的总宽度的堆叠式电极组件300F和300H顺序地堆叠在堆叠式电极组件300D的上端上。
最下电极组件300I可以是图4或者5的堆叠式电极组件220或者250。
电极组件300I、300G、300E、300C、300A、300B、300D、300F和300H被堆叠成使得电极组件300I、300G、300E、300C、300A、300B、300D、300F和300H的一个侧表面或者另一个侧表面对准或者处于同一平面上。
电极组件300I、300G、300E、300C、300A、300B、300D、300F和300H中的每一个的一个主表面、另一个主表面、一个侧表面和另一个侧表面被分隔膜450覆盖。由电极组件300I、300G、300E、300C、300A、300B、300D、300F和300H构成的堆叠体的外侧也被分隔膜450覆盖。
在由电极组件300I、300G、300E、300C、300A、300B、300D、300F和300H构成的堆叠体的外侧被分隔膜450覆盖之后，分隔膜450可以通过热焊接或者胶粘而被固定。在图7中，在由电极组件300I、300G、300E、300C、300A、300B、300D、300F和300H构成的堆叠体的外侧被分隔膜450覆盖之后，分隔膜450通过胶粘而被固定。
图8是典型地示出图7的电极组件的展开视图。具体地，电极组件300A在分隔膜450的长度(S2)方向上在具有与具有最大总长度L1的电极组件300A、300C、300E和300I相等的宽度L2的分隔膜450上以与电极组件300A的总宽度S1和电极组件300B的高度之和相当的距离与电极组件300B隔开。另外，电极组件300C在分隔膜450的长度(S2)方向上在分隔膜450上以与电极组件300A和300B的高度和分隔膜450的厚度之和相等的距离与电极组件300B隔开。以此方式，电极组件300A、300B、300C、300D、300E、300F、300G、300H和300I以预定间隔顺序地布置在分隔膜450上。电极组件300A位于折叠起点处并且电极组件300I位于折叠终点处。
如上所述在其上布置电极组件300A、300B、300C、300D、300E、300F、300G、300H和300I的分隔膜可以被折叠以制造图7的电极组件。
图8的电极组件300A、300B、300C、300D、300E、300F、300G、300H和300I中的每一个的一个角部在平面中是弯曲的。当然，即使在图8的电极组件300A、300B、300C、300D、300E、300F、300G、300H和300I中的每一个的角部在平面中呈直角的情形中，电极组件300A、300B、300C、300D、300E、300F、300G、300H和300I仍然可以如在图8中所示地布置以制造图7的电极组件。
参考图8，电极组件300A、300C、300E、300G和300I的电极突片的总宽度大于电极组件300B和300D的电极突片的总宽度。类似地，电极组件300B和300D的电极突片的总宽度大于电极组件300F和300H的电极突片的总宽度。
具体地，电极组件300E和300F的阴极突片138E和138F具有不同的总宽度。在另一方面，电极组件300A、300B、300C、300D、300E、300F、300G、300H和300I的电极突片可以具有相同的总宽度。
在图8中，分隔膜450具有足够的长度S2以覆盖电极组件300I、300G、300E、300C、300A、300B、300D、300F和300H中的每一个的一个主表面、另一个主表面、一个侧表面和另一个侧表面。然而，本领域技术人员将容易地理解分隔膜450具有足够的长度以覆盖由电极组件300I、300G、300E、300C、300A、300B、300D、300F和300H构成的堆叠体的外侧。
在图7中，与在电极组件300A和电极组件300B之间的总宽度差相当的空间形成在电极组件300A和电极组件300B之间的堆叠界面处。另外，与在电极组件300D和电极组件300F之间的总宽度的差相当的空间形成在电极组件300D和电极组件300F之间的堆叠界面处。因此，具有宽度和高度的梯状结构形成在电极组件300A、300B和300F之间的堆叠界面处。梯状结构的宽度可以根据电极组件300A、300B和300F之间的总宽度的差变化。形成梯状结构的宽度的电极板是阳极板。可替代地，形成梯状结构的宽度的电极板可以是阴极板130，诸如图13所示复合电极组件的阴极板130。
关于这个情形，图7的电极组件使用图4和5的、具有不同总宽度的堆叠式电极组件。因此，本领域技术人员将容易地从以上说明理解，即使在堆叠式电极组件具有不同的总长度的情形中，梯状结构仍然可以具有与在堆叠式电极组件之间的总长度的差相当的宽度。
另外，在图7中，电极组件300I、300G、300E、300C、300A、300B、300D、300F和300H具有相同的高度。因此，该两个电极组件300B和300D的高度之和小于该四个电极组件300I、300G、300C和300A的高度之和。结果，图7的电极组件包括具有高度差的梯状结构。如在前描述地，梯状结构的宽度和高度可以基于弯曲的装置的弯曲度而变化。
关于这个情形，图11是典型地示出包括图4到6的堆叠式电极组件的、根据本发明的电极组件的竖直截面视图。
图11的电极组件不同于图7的电极组件之处在于，具有相同的且比堆叠式电极组件300A、400B和400D更大的总宽度的堆叠式电极组件300E和400C基于平面在高度方向上顺序地堆叠在电极组件的最下端上，具有比堆叠式电极组件300E和400C更小的总宽度的堆叠式电极组件300A堆叠在堆叠式电极组件400C的上端上，并且具有相同的且比堆叠式电极组件300A更小的总宽度的堆叠式电极组件400B和400D顺序地堆叠在堆叠式电极组件300A的上端上。
另外，图11的电极组件不同于图7的电极组件之处在于，分隔膜450紧密地接触电极组件300E、400C、300A、400B和400D中的每一个的一个主表面、另一个主表面、一个侧表面和另一个侧表面。具体地，分隔膜450被切割成使得分隔膜450紧密地接触电极组件300E、400C、300A、400B和400D中的每一个的形成梯状结构的一个侧表面或者另一个侧表面(见虚线圆II)。
参考图11，在与由电极组件300E和400C构成的堆叠体的角点相切并且与电极组件300A的角点相切的直线Y和与具有最大总宽度的电极组件300E和400C中的每一个的一个侧表面或者另一个侧表面相切的任意垂线X之间的角度小于在与由电极组件400B和400D构成的堆叠体的角点相切并且与电极组件300A的角点相切的直线Z和垂线X之间的角度。然而，这些角度可以基于装置的弯曲度变化。
图9的电极组件不同于图7的电极组件之处在于，其每一个的最上电极板和最下电极板具有相同极性的电极组件400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G、400H和400I基于平面在高度方向上和与高度方向相反的方向即在相反方向上堆叠。在此情形中，电极组件400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G、400H和400I可以是阴极板或者阳极板。
另外，图9的电极组件不同于图7的电极组件之处在于电极组件400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G、400H和400I的一个侧表面或者另一个侧表面既不对准也不处于同一平面上。
图10的电极组件不同于图9的电极组件之处在于，其每一个的最上电极板和最下电极板具有相同极性的电极组件400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G和400H仅基于平面在高度方向上或者与高度方向相反的方向上堆叠。
另外，图10的电极组件不同于图9的电极组件之处在于，分隔膜450仅覆盖电极组件400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G和400H中的每一个的一个侧表面或者另一个侧表面。
图12的电极组件与图11的电极组件相同之处在于，图12的电极组件包括图4到6的堆叠式电极组件。然而，图12的电极组件不同于图11的电极组件之处在于，分隔膜450被加热使得分隔膜450紧密地接触电极组件300A、400B、300C、400D和400E的形成梯状结构的一个侧表面或者另一个侧表面(见虚线圆I)。
图13是示出根据本发明的一个实施例的复合电极组件600的典型视图，其中其最上电极板和最下电极板具有不同极性的根据本发明的电极组件500和堆叠式电极组件310在阴极板130和分隔板150被布置在电极组件500和堆叠式电极组件310之间以形成梯状结构的状态中被堆叠。
除了阴极板或者阳极板和/或图3到5的堆叠式电极组件和电极组件500被组合以形成梯状结构之外，本领域技术人员将容易地从电极组件500的以上说明理解复合电极组件600的结构。
在分隔板150被布置在阴极板130和堆叠式电极组件310之间的状态中面对堆叠式电极组件310的最下阳极的阴极板130的总宽度大于堆叠式电极组件310的最下阳极的总宽度。因此，为了防止在阴极板130和电解质之间的直接接触，阳极板可以位于与在阴极板130和堆叠式电极组件310之间的总宽度的差相当的梯状结构的空间中。阳极板的尺寸可以相当于与在阴极板130和堆叠式电极组件310之间的总宽度的差相当的梯状结构的空间的面积。
如在图14中所示，第一电极组被构造成具有分隔板310、阴极板320、分隔板330和阳极板340在顺序地堆叠时被层叠的结构。
如在图15中所示，第二电极组被构造成具有分隔板410、阳极板420和分隔板430在顺序地堆叠时被层叠的结构。
图16示出堆叠式电极组件，该堆叠式电极组件被构造成具有图15的第二电极组堆叠在由第一电极组构成的第一电极组堆叠体的最上端上的结构，第一电极组之一在图14中示出。
图17示出固定部件T1被添加到图14的第一电极组的实施例。具体地，固定部件T1被添加到第一电极组300的侧面或者前部。
为了确保简单堆叠结构的堆叠稳定性，另外的固定部件可以被添加到堆叠结构的一侧以固定堆叠结构。固定部件可以如在图17(a)中所示实现为包围第一电极组300的整个表面的胶带T1。可替代地，固定部件可以如在图17(b)中所示实现为仅固定电极组300的每一侧的固定部件T2。
图18是典型地示出制造根据本发明的第一电极组的过程的视图。
如在图18中所示，用于分隔板310、阴极板320、分隔板330和阳极板340的材料被同时装载(使用片式装载单元)。用于被用作中间层的阴极板320的材料被切割成设计的尺寸并且然后被装载到层叠器L1和L2中。随后，布置在用于阴极板320的材料以下和以上的、用于分隔板310和330的材料被同时装载到层叠器L1和L2中。同时，用于阳极板340的材料被装载到层叠器L1和L2中。
随后，层叠器L1和L2形成使用热和压力将该两个电极板和该两个分隔板相互层叠的结构体，即第一电极组。随后，刀具C3将结构体切割成多个第一电极组。然后，可以关于每一个第一电极组执行各种检查过程，诸如厚度检查(a)、视觉检查(b)和短路检查(c)。
随后，使用固定部件固定如上所述制造的每一个第一电极组，并且堆叠第一电极组以构成第一电极组被堆叠的结构体。随后，图15所示第二电极组堆叠在结构体上并且然后使用固定部件固定第二电极组和结构体，由此完成堆叠式电极组件。
图19是典型地示出根据本发明进一步实施例的电极组件的平面视图。
参考图19，电极组件700包括第一电极组710和第二电极组720。除了电极组的数目，构成电极组件700的电极组的结构与每一个以上实施例相同，并且因此将省略其详细说明。
虽然已经为了示意性的意图公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不偏离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种变型、添加和替代都是可能的。
工业实用性
如根据以上说明清楚地，根据本发明的电极组件和复合电极组件包括基于装置的弯曲度而变化的梯状结构。因此，与传统电极组件不同，本发明具有通过利用在装置中限定的死空间来增加装置每单位体积的容量的效果。

Claims (30)

1.一种电极组件，包括：
两个或者更多个电极板，每一个所述电极板具有电极突片；和
一体片式分隔膜，所述分隔膜覆盖每一个所述电极板的一个主表面和另一个主表面，以及覆盖所述电极板的构成不形成电极突片的区域的侧表面，其中
所述电极板基于一平面在高度方向上堆叠，使得具有相反极性的电极板在所述分隔膜被布置在所述电极板之间的状态下彼此面对，并且
所述电极板包括一个或者更多个电极板和具有与所述一个或者更多个电极板相同的尺寸或者不同的尺寸的一个或者更多个其它电极板，并且具有不同尺寸的电极组的堆叠结构形成包括一个或者更多个台阶的梯状结构，每一个台阶具有宽度和高度。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，与基于所述平面在所述高度方向上堆叠的所述电极板对称地或者非对称地、在与所述高度方向相反的方向上，具有相反极性的电极板在分隔膜被布置在所述电极板之间的状态下被堆叠。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述电极板的部分或者整体被添加了分隔板和电极板以形成单元电池，所述单元电池被构造成具有如下结构，即：在所述结构中，具有相反极性的电极板在所述分隔板被布置在所述电极板之间的状态下在所述电极板的堆叠方向上交替地堆叠。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其中，所述单元电池被构造成具有如下结构，即：最上面的电极板和最下面的电极板具有相同极性。
5.根据权利要求3所述的电极组件，其中，所述单元电池被构造成具有如下结构，即：最上面的电极板和最下面的电极板具有不同极性。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述梯状结构形成在所述不形成电极突片的区域处。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述梯状结构形成在电极突片形成区域处。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述分隔膜被布置在所述电极板之间的状态下彼此相邻地布置的所述电极板中的较大尺寸的电极板是阳极板。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其中，堆叠的所述电极板中的最下面的电极板是阳极板。
10.根据权利要求1所述的电极组件，其中，堆叠的所述电极板中的最下面的电极板是阴极板，在所述分隔膜被布置在所述阴极板和阳极板之间的状态下，阴极浆料被施加到所述阴极板的面对所述阳极板的仅一个主表面。
11.根据权利要求1所述的电极组件，其中，堆叠的所述电极板中的最下面的电极板是阴极板，在所述分隔膜被布置在所述阴极板和阳极板之间的状态下，阴极浆料被施加到所述阴极板的面对所述阳极板的仅一个主表面，并且所述阴极浆料仅被施加到所述阴极板的一个主表面的一区域，所述阴极板的所述一个主表面的所述区域对应于在所述分隔膜被布置在所述阴极板和所述阳极板之间的状态下堆叠的所述阳极板的一个主表面。
12.根据权利要求1所述的电极组件，其中，每一个所述电极板均形成为平行六面体形状，所述平行六面体具有与电极突片形成区域的长度相当的总宽度、与所述不形成电极突片的区域的长度相当的总长度、以及与每一个所述电极板的高度相当的总高度。
13.根据权利要求11所述的电极组件，其中，每一个所述电极板均形成为长方体形状。
14.根据权利要求11所述的电极组件，其中，每一个所述电极板均形成为正六面体形状。
15.根据权利要求11所述的电极组件，其中，每一个所述电极板的至少一个角部是弯曲的。
16.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述梯状结构具有(i)相同的台阶高度和不同的宽度，或者具有(ii)不同的宽度和台阶高度。
17.根据权利要求16所述的电极组件，其中，所述宽度和/或所述台阶高度基于安装有电池单元的装置的弯曲度而变化，其中，所述电池单元中安装有所述电极组件。
18.根据权利要求16所述的电极组件，其中，所述宽度相当于堆叠的电极板的总宽度或者总长度之差，并且所述台阶高度相当于所述堆叠的电极板中的每一个电极板的高度。
19.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述分隔膜被布置成与所述电极板的堆叠表面和所述电极板的构成所述不形成电极突片的区域的至少一个侧表面紧密接触。
20.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在堆叠的电极板被所述分隔膜覆盖的状态下，所述分隔膜的端部通过热焊接或者胶粘而被固定。
21.根据权利要求3所述的电极组件，其中，堆叠的所述电极板中的最下面的电极板是阴极板，在所述分隔膜被布置在所述阴极板和阳极板之间的状态下，阴极浆料被施加到所述阴极板的面对所述阳极板的仅一个主表面。
22.根据权利要求3所述的电极组件，其中，堆叠的电极板中的最下面的电极板是阴极板，在所述分隔板被布置在所述阴极板和阳极板之间的状态下，阴极浆料被施加到所述阴极板的面对所述阳极板的仅一个主表面，并且所述阴极浆料仅被施加到所述阴极板的一个主表面的一区域，所述阴极板的所述一个主表面的所述区域对应于在所述分隔板被布置在所述阴极板和所述阳极板之间的状态下堆叠的所述阳极板的一个主表面。
23.一种复合电极组件，所述复合电极组件被构造成具有如下结构，在所述结构中，至少两个极体选自以下组，所述组包括：
具有电极突片的电极板；
堆叠和折叠式电极组件，所述堆叠和折叠式电极组件包括具有相同尺寸的两个或者更多个电极板以及一体片式分隔膜，所述分隔膜覆盖每一个所述电极板的一个主表面和另一个主表面以及所述电极板的构成不形成电极突片的区域的侧表面，所述电极板基于一平面在高度方向上堆叠，使得具有相反极性的电极板在所述分隔膜被布置在所述电极板之间的状态下彼此面对；和
堆叠式电极组件，所述堆叠式电极组件包括具有相反极性的电极板，所述具有相反极性的电极板在分隔板被布置在所述电极板之间的状态下基于一平面在高度方向上堆叠，所述具有相反极性的电极板基于所述平面在所述高度方向上被堆叠使得所述具有相反极性的电极板在所述分隔板或者所述片式分隔膜被布置在所述电极板之间的状态下得以布置，并且
所述极体包括一个或者更多个极体以及具有与所述一个或者更多个电极板相同的尺寸或者不同的尺寸的一个或者更多个其它电极板，并且具有不同尺寸的所述极体的堆叠结构形成包括一个或者更多个台阶的梯状结构，每一个台阶具有宽度和高度。
24.根据权利要求23所述的复合电极组件，其中，在所述分隔板或者所述分隔膜被布置在所述电极板之间的状态下彼此相邻地布置的所述电极板中的较大尺寸的电极板是阳极板。
25.根据权利要求23所述的复合电极组件，其中，堆叠的所述电极板中的最下面的电极板是阴极板，在所述分隔板或者所述分隔膜被布置在所述阴极板和阳极板之间的状态下，阴极浆料被施加到所述阴极板的面对所述阳极板的仅一个主表面。
26.根据权利要求23所述的复合电极组件，其中，所述梯状结构具有(i)相同的台阶高度和不同的宽度，或者具有(ii)不同的宽度和台阶高度。
27.根据权利要求26所述的复合电极组件，其中，所述宽度和/或所述台阶高度基于安装有电池单元的装置的弯曲度而变化，其中，在所述电池单元中安装有所述复合电极组件。
28.一种锂二次电池，包括根据权利要求1到27中的任一项所述的电极组件或者复合电极组件，其中，所述电极组件或者所述复合电极组件在密封状态下被安装在电池外壳中，使得所述电极组件被电解质浸渍。
29.根据权利要求28所述的锂二次电池，其中，所述电极组件或者所述复合电极组件设有电极突片，电极引线被联接到所述电极突片以形成电极端子。
30.根据权利要求29所述的锂二次电池，其中，选自所述电极突片的总宽度、总长度和总高度中的一项或者更多项是不同的，或者所述电极突片具有相同的总宽度、总长度和总高度。
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