CN104904054B - 阶梯电极组堆叠体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有用于电极组的堆叠结构的电极组堆叠体，其中，电极组相对于平面在高度方向上堆叠，从而阴极和阳极在其间具有隔膜的情况下面对彼此，每一个电极组包括阴极、阳极和在其间的隔膜，其中电极组的堆叠结构使得其边界形成台阶，并且电极组边界处的阴极和阳极的相对区域的容量比率(N/P比率或者反比率)等于或者大于具有相对大的相对区域的电极组的阴极和阳极的相对区域的容量比率(N/P比率或者反比率)。

Description

阶梯电极组堆叠体
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堆叠体，并且更加具体地涉及一种阶梯电极组堆叠体。
背景技术
随着信息技术(IT)的显著的发展，很多种便携式信息通信装置已经得到普及。结果，在21世纪，我们正在迈向泛在社会，其中与时间和地点无关地，高质量信息服务是可能的。
对于实现这种泛在社会而言，锂二次电池是非常重要的。特别地，能够充电和放电的锂二次电池已经广泛地被无线移动装置用作能源。另外，锂二次电池还已经被电动车辆和混合电动车辆用作能源，电动车辆和混合电动车辆是为了解决诸如由现有使用化石燃料的汽油和柴油车辆引起的空气污染问题而提出的。
因为如上所述，能够应用锂二次电池的装置是多样化的，所以锂二次电池也已经是多样化的，从而锂二次电池能够提供适合于应用锂二次电池的装置的输出和容量。另外，对于减小锂二次电池的尺寸和重量存在强烈的需要。
根据相应产品的尺寸和重量的减小，诸如移动电话、个人数字助理(PDA)、数字相机和膝上型计算机的小型移动装置为每一个装置使用一个或者几个小型、轻质的电池单元。
在另一方面，诸如电动自行车、电动摩托车、电动车辆和混合电动车辆的中型或者大型装置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)，因为对于中型或者大型装置而言，高输出和大容量是必要的。
电池模块的尺寸和重量直接地与相应的中型或者大型装置的电池模块容纳空间和输出有关。因此，制造商正在努力制造小的并且轻质的电池模块。
基于它们的形状分类的圆柱形电池单元、棱柱形电池单元和袋形电池单元被用作电池模块或者电池组的堆叠型电极组。在这些电池单元中，能够以高集成度堆叠、具有高的单位重量能量密度、是廉价的并且能够容易地修改的袋形电池单元已经吸引了相当大的关注。
图1和2是典型地示出传统的代表性袋形二次电池的一般结构的分解透视图。
参考图1，袋形二次电池100包括具有从其突出的多个极耳21和22的电极组件20、分别地连接到极耳21和22的两条电极引线30和31，和电池外壳40，电极组件20在密封状态下容纳在电池外壳40中，从而电极引线30和31部分地从电池外壳40向外暴露。
电池外壳40包括具有凹陷的容纳部41的下壳42，和用于覆盖下壳42从而电极组件20被密封在电池外壳40中的上壳43，堆叠型电极组件20位于凹陷的容纳部41中。上壳43和下壳42在电极组件20安装在其中的状态下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，和下端密封部47。
如在图1中所示，上壳43和下壳42可以配置成分开的部件。如在图2中所示，在另一方面，上壳43的一端可以一体地在下壳42的相应端处形成，从而上壳43和下壳42可以以铰接方式相互连接。
另外，如在图1和图2中所示，袋形电池单元配置为具有以下结构：其中由极耳和连接到极耳的电极引线构成的电极端子在电极组件的一端处形成。替代地，使用上述方法也可以制造配置为具有其中电极端子在电极组件的一端和另一端处形成的结构的袋形电池单元。
发明内容
技术问题
如在图1和图2中所示，电极组件通常制造为具有近似长方体形状。电极组件安装在电池外壳中以制造具有长方体形状的袋形电池单元。多个袋形电池单元被堆叠以构成具有长方体形状的电池组。
然而，应用配置为具有长方体形状的电池单元或者配置为具有长方体形状的电池组的装置通常地并非形成为具有长方体形状。例如，智能手机的侧面可以弯曲以改进握持性。
然而，在具有长方体形状的电池单元或者具有长方体形状的电池组被安装在被设计为具有这种弯曲部分的装置中的情形中，装置的空间利用可能降低。
即，装置的弯曲部分具有其中不能安装电池单元或者电池组的无效空间。最终，这种无效空间降低了单位体积的装置容量。
因此，已经实现本发明以解决以上问题，并且本发明的一个目的在于提供一种能够最大化地增加单位体积的装置容量的阶梯电极组堆叠体和一种包括该阶梯电极组堆叠体的锂二次电池。
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堆叠体实现以上和其它目的，该电极组堆叠体包括电极组的堆叠结构，每一个电极组包括正电极、负电极，和置放在正电极和负电极之间的隔膜，其中，电极组基于平面在高度方向上堆叠从而正电极和负电极在隔膜置放在正电极和负电极之间的状态下面对彼此，其中电极组的堆叠结构包括在电极组之间的界面处具有不同面积的电极组，并且在电极组之间的界面处正电极和负电极的容量与面积比率(N/P比率)等于或者大于构成具有相对大的面积的电极组的正电极和负电极的容量与面积比率(N/P比率)。
只要每一个电极组包括正电极、负电极，和置放在正电极和负电极之间的隔膜，每一个电极组的结构就不受特别限制。在具体实例中，每一个电极组可以是堆叠型电极组、凝胶卷型电极组，或者堆叠与折叠型电极组。
堆叠型电极组可以包括正电极板、负电极板，和置放在正电极板和负电极板之间的板形隔膜，并且可以配置为具有以下结构：其中正电极板和负电极板在板形隔膜置放在正电极板和负电极板之间的状态中基于所述平面在高度方向上堆叠。
正电极板、负电极板和隔膜板可以是平坦的或者弯曲的。
正电极板、负电极板和隔膜板的形状不受特别限制。例如，正电极板、负电极板和隔膜板可以具有平行六面体形状。替代地，当在正视图中观察时，正电极板、负电极板和隔膜板可以具有多边形形状或者圆形形状。
正电极板、负电极板和隔膜板的角可以是直角，或者正电极板、负电极板和隔膜板的每一个的角中的至少一个可以是弯曲的。例如，形成为当在正视图中观察时具有四边形形状的正电极板的四个角中的至少一个可以是弯曲的。在如上所述，正电极板、负电极板和隔膜板的每一个的角中的至少一个弯曲的情形中，当电极组堆叠体跌落时，施加到正电极板、负电极板和隔膜板的每一个的弯曲角的冲击可以减小，由此提高电极组堆叠体的安全性。
堆叠型电极组可以配置为具有最上电极和最下电极具有相同极性的结构。替代地，堆叠型电极组可以配置为具有其中最上电极和最下电极具有不同极性的结构。
最上电极和最下电极这两者可以是正电极或者负电极。
在最上电极和/或最下电极是正电极的情形中，正电极浆液可以仅仅施加到电极的、面对负浆液层的区域。
堆叠与折叠型电极组可以包括正电极板、负电极板和置放在正电极板和负电极板之间的一体式隔膜板，其任何一个可以配置为具有以下结构：其中正电极板和负电极板在隔膜板置放在正电极板和负电极板之间的状态下基于平面在高度方向上堆叠，并且隔膜板覆盖电极板的、未形成电极端子的侧面。
可以通过在堆叠型电极组置放在隔膜板上的状态中卷绕隔膜板或者通过在堆叠型电极组置放在隔膜板上的状态中折叠隔膜板来制造堆叠与折叠型电极组。
正电极板和负电极板可以是平坦的或者弯曲的。正电极板和负电极板的形状不受特别限制。例如，正电极板和负电极板可以具有平行六面体形状。替代地，当在正视图中观察时，正电极板和负电极板可以具有多边形形状或者圆形形状。正电极板和负电极板的角可以是直角，或者正电极板和负电极板的每一个的角中的至少一个可以是弯曲的。例如，形成为当在正视图中观察时具有四边形形状的正电极板的四个角中的至少一个可以是弯曲的。在如上所述，正电极板和负电极板的每一个的角中的至少一个弯曲的情形中，当电极组堆叠体跌落时，施加到正电极板和负电极板的每一个的弯曲角的冲击可以减小，由此提高电极组堆叠体的安全性。
隔膜板可以定义为置放在正电极板和负电极板之间以将正电极板和负电极板相互隔离，并且另外具有足够的长度以覆盖正电极板的未形成正电极端子的侧面或者负电极板的未形成负电极端子的侧面的隔膜。
因为隔膜板在其中隔膜板覆盖电极端子板的侧面的状态中置放在正电极板和负电极板之间，所以可靠地维持由于反复性的充电和放电而在电极板和隔膜板之间的界面接触是可能的。具体地，在卷绕隔膜板期间产生的张力可以提供对于实现在电极板和隔膜板之间的紧密界面接触必要的压力。
隔膜板的端部可以通过热焊接或者胶接(taping)固定。
凝胶卷型电极组可以包括一体式正电极板、一体式负电极板，和置放在正电极板和负电极板之间的一体式隔膜板，并且可以配置为具有正电极板和负电极板在隔膜板置放在正电极板和负电极板之间的状态下被卷绕的结构。
正电极板、负电极板和隔膜板可以每一个定义为以下板：其具有足够的长度以在隔膜板置放在正电极板和负电极板之间的状态下卷绕正电极板和负电极板从而形成卷。
电极组可以是从堆叠型电极组、凝胶卷型电极组和堆叠与折叠型电极组组成的组中选择的两个或者更多电极组的组合。
堆叠型电极组、凝胶卷型电极组和堆叠与折叠型电极组的结构和制造方法是本发明所属技术领域中的普通技术人员熟知的，并且因此将省略其进一步的详细说明。
本发明所属技术领域中的普通技术人员熟知的堆叠型电极组、凝胶卷型电极组和堆叠与折叠型电极组的结构和制造方法由此通过引用并入。
电极组可以基于平面在高度方向上或者在与该高度方向相反的方向上堆叠。
在以上说明中，平面可以是地面或者垂直于地面的平面。例如，在以上说明中的表述“电极组基于平面在高度方向上堆叠”可以意味着电极组可以在重力方向上或者在与重力相反的方向上从地面堆叠。因此，电极组的堆叠方向可以是重力方向或者与重力相反的方向。这同样应用于构成每一个电极组的电极基于平面在高度方向上堆叠的情形。
另外，电极组可以基于平面在高度方向上和在与该高度方向相反的方向上堆叠。即，电极组可以在重力方向上和在与重力相反的方向上从地面堆叠。此时，电极组可以对称地或者非对称地堆叠。
电极组被堆叠从而正电极和负电极在隔膜置放在正电极和负电极之间的状态下面对彼此。
在电极组是堆叠型电极组的情形中，隔膜可以是隔膜板或者隔膜板。隔膜板可以在电极组之间的界面处隔离电极组，并且覆盖电极组的未形成电极端子的侧面。
此时，隔膜板可以从形成阶梯结构的每一个台阶隔开预定距离。即，隔膜板可以不置放成与形成阶梯结构的每一个台阶的外周边紧密接触。
在此情形中，基于其中安装锂二次电池的装置的曲率，可能难以形成包括根据本发明的电极组堆叠体的锂二次电池的外周边。
因此，隔膜板可以置放成与堆叠型电极组的侧面，特别是形成阶梯结构的每一个台阶的外周边紧密接触。隔膜板可以具有5到300μm、5到200μm、5到100μm、5到50μm、5到30μm、5到25μm、5到20μm或者10到20μm的厚度。隔膜板的厚度越薄，放电容量越高。这同样应用于上述隔膜。
因为如上所述隔膜板的厚度是非常小的，所以可能不易于与形成阶梯结构的每一个台阶的外周边紧密接触地置放隔膜板。根据本发明，隔膜板可以通过切割、热处理或者在切割之后的热处理置放成与每一个台阶的外周边紧密接触。
在电极组是凝胶卷型电极组或者堆叠与折叠型电极组的情形中，电极板可以置放在凝胶卷型电极组之间或者堆叠与折叠型电极组之间。
当凝胶卷型电极组或者堆叠与折叠型电极组被堆叠时，在电极组之间的界面处，正电极和负电极可能不面对彼此。在此情形中，由于凝胶卷型电极组和堆叠与折叠型电极组的结构特征，可能耗用大量的时间和成本改变已经制造的凝胶卷型电极组和堆叠与折叠型电极组的布置。
在此情形中，电极板可以置放在凝胶卷型电极组之间或者堆叠与折叠型电极组之间以提高制造过程效率。
在电极组的堆叠结构中，阶梯结构在电极组之间的界面处形成。
为了在电极组之间的界面处形成阶梯结构，堆叠的电极组的尺寸或者在电极组之间的堆叠界面处面对彼此的电极组的面积可以是相互不同的。
例如，堆叠的电极组中的较低一个的最上电极和堆叠的电极组中的较高一个的最下电极可以具有不同的尺寸或者面积。
此时，具有相对大的尺寸或者面积的电极可以是负电极。结果，最小化在锂二次电池的充电和放电期间的枝状生长并且提高包括根据本发明的电极组堆叠体的锂二次电池的安全性是可能的。
在另一方面，具有相对大的尺寸或者面积的电极可以是正电极。在具有相对大的尺寸或者面积的电极是正电极的情形中，正电极浆液可以仅仅施加到电极的、面对负浆液层的区域。
构成阶梯结构的每一个台阶的高度和宽度可以基于其中安装包括电极组堆叠体的锂二次电池的装置的弯曲形状，特别是曲率而改变。
在电极组之间的界面处的正电极和负电极的容量与面积比率(N/P比率)等于或者大于构成具有相对大的面积的电极组的正电极和负电极的容量与面积比率(N/P比率)。
在电极组之间的界面处的N/P比率低于构成具有相对大的面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率的情形中，具有安装在其中的、根据本发明的电极组堆叠体的锂二次电池的性能可能劣化，这不是优选的。
在电极组之间的界面处面对彼此的正电极和负电极的N/P比率与构成每一个电极组的正电极和负电极的N/P比率的比率可以是1：1到3：1，1：1到2：1，或者1：1到1.5：1。
N/P比率可以使用以下等式1计算。
等式(1)
在以上等式中，
单位面积负电极充电容量＝单位面积负电极负荷水平(g/cm2)×负电极活性材料比率(％)×单位重量负电极充电容量(mAh/g)，
负电极效率＝(负电极放电容量/负电极充电容量)×100，
单位面积正电极设计容量＝设计容量/涂覆正电极面积，并且
设计容量＝正电极负荷水平(g/cm2)×正电极活性材料比率(％)×单位重量正电极充电容量(mAh/g)–不可逆负电极容量(mAh)。
单位重量正电极充电容量、单位重量负电极充电容量、负电极放电容量，和不可逆负电极容量可以使用以下方法测量。
1)测量单位重量正电极充电容量的方法：制备半电池作为将要评价的正电极，由锂金属形成对电极，当以低速率控制(在0.2C之后)执行充电时测量半电池的容量，并且按照半电池重量将测量的容量归一化。
2)测量单位重量负电极充电容量的方法：制备半电池作为将要评价的负电极，由锂金属形成对电极，当以低速率控制(在0.2C之后)执行充电时测量半电池的容量，并且按照半电池重量将测量的容量归一化。
3)测量单位重量负电极放电容量的方法：制备半电池作为将要评价的负电极，由锂金属形成对电极，在以低速率控制(在0.2C之后)执行充电之后放电时测量半电池的容量，并且按照半电池重量将测量的容量归一化。
4)测量单位重量不可逆负电极容量的方法：测量在负电极半电池充电和放电一次时的容量之间的差异。
5)单位面积负电极负荷水平的定义：每单位面积涂覆在负电极集电体上的负电极活性材料的重量。
6)单位面积正电极负荷水平的定义：每单位面积涂覆在正电极集电体上的正电极活性材料的重量。
在配置为使得在电极组之间的界面处的N/P比率高于构成具有相对大的面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率的具体实施例中，构成第(n+1)电极组的正电极的负荷水平和构成第n电极组的正电极的负荷水平可以是相等的，并且构成第(n+1)电极组的负电极的负荷水平可以高于构成第n电极组的负电极的负荷水平。
另外，构成第(n+1)电极组的负电极的负荷水平和构成第n电极组的负电极的负荷水平可以是相等的，并且构成第n电极组的正电极的负荷水平可以高于构成第(n+1)电极组的正电极的负荷水平。
此时，构成第n电极组的电极的尺寸或者面积可以大于构成第(n+1)电极组的电极的尺寸或者面积。
在配置为使得在电极组之间的界面处的N/P比率高于构成每一个电极组的正电极和负电极的N/P比率的另一个具体实施例中，构成第(n-1)电极组的正电极的负荷水平、构成第n电极组的正电极的负荷水平，和构成第(n+1)电极组的正电极的负荷水平可以是相等的，构成第(n-1)电极组的负电极的负荷水平和构成第(n+1)电极组的负电极的负荷水平可以高于构成第n电极组的负电极的负荷水平。
另外，构成第(n-1)电极组的负电极的负荷水平、构成第n电极组的负电极的负荷水平，和构成第(n+1)电极组的负电极的负荷水平可以是相等的，并且构成第n电极组的正电极的负荷水平可以高于构成第(n-1)电极组的正电极的负荷水平和构成第(n+1)电极组的正电极的负荷水平。
在此情形中，构成第n电极组的正电极和负电极的N/P比率与构成基于平面在高度方向上堆叠在第n电极组上的第(n+1)电极组的正电极和负电极的N/P比率的比率可以是1：1，并且构成第n电极组的正电极和负电极的N/P比率与构成基于平面在与高度方向相反的方向上堆叠在第n电极组上的第(n-1)电极组的正电极和负电极的N/P比率的比率可以是1：1。
此时，构成第n电极组的电极的尺寸或者面积可以大于构成第(n-1)电极组的电极和构成第(n+1)电极组的电极的尺寸或者面积。
只要在电极组之间的界面处的N/P比率等于或者高于构成具有相对大的面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率，构成具有相对小的面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率便可以等于或者大于构成具有相对大的面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率。
另外，只要在电极组之间的界面处的N/P比率等于或者高于构成具有相对大的面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率，构成具有相对小的面积的电极组的负电极的负荷水平便可以等于或者大于构成具有相对大的面积的电极组的负电极的负荷水平。
进而，只要在电极组之间的界面处的N/P比率等于或者高于构成具有相对大的面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率，构成具有相对小的面积的电极组的正电极的负荷水平便可以等于或者小于构成具有相对大的面积的电极组的正电极的负荷水平。
在电极具有相同的孔隙度的条件下，可以基于电极的厚度检查电极的负荷水平。可以使用离子铣削检查电极的厚度。
在另一方面，在电极组是凝胶卷型电极组或者堆叠与折叠型电极组的情形中，置放在凝胶卷型电极组或者堆叠与折叠型电极组之间的电极板与在电极组之间的界面处的正电极和负电极的N/P比率可以等于或者大于构成具有比电极板更大的面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率。
根据本发明的其它方面，提供一种包括安装在电池外壳中的、带有上述构造的电极组堆叠体的锂二次电池和一种使用该锂二次电池作为电源的装置。
该装置可以是移动电话、便携式计算机、智能电话、智能平板、上网本计算机、轻型电动车辆(LEV)、电动车辆、混合电动车辆、插电式混合电动车辆，或者电力存储装置。
锂二次电池的结构、构件和制造方法是本发明所属技术领域中的普通技术人员熟知的，并且因此将省略其进一步的详细说明。
本发明所属技术领域中的普通技术人员熟知的锂二次电池的结构、构件和制造方法由此通过引用并入。
附图说明
与附图相结合，根据以下详细说明将更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1和图2是示出传统的代表性袋形二次电池的分解透视图；
图3和图4是典型地示出构成根据本发明的堆叠型电极组的电极板和隔膜板的透视图和竖直截面视图；
图5和图6是典型地示出每一个配置为具有其中最上电极板和最下电极板具有不同极性的结构的堆叠型电极组的竖直截面视图；
图7是典型地示出每一个配置为具有其中最上电极板和最下电极板具有相同极性的结构的堆叠型电极组的竖直截面视图；
图8是示出根据本发明的实施例的电极组堆叠体的透视图；
图9是典型地示出根据本发明的另一个实施例的电极组堆叠体的竖直截面视图；
图10是典型地示出图9的电极组堆叠体的展开视图；并且
图11是示出在本发明的一个实例和对照实例之间循环特性的比较的曲线图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。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3和图4中示出了构成根据本发明的电极组件的正电极板130、负电极板170和隔膜板150。参考图3和图4，正电极板130配置为具有其中正电极浆液132涂覆到正电极集电体136的结构，并且负电极板170配置为具有其中负电极浆液172涂覆到负电极集电体176的结构。
在图3的正电极板130中，正电极浆液132施加到正电极集电体136的顶部和底部。在负电极板170中，负电极浆液172施加到负电极集电体176的顶部和底部。图3和图4的正电极板130和负电极板170形成为具有长方体形状，其具有总体长度L1、总体宽度S 1，和总体高度H。
图5到图7是典型地示出堆叠型电极组300和400的竖直截面视图，堆叠型电极组300和400配置为具有其中图4的正电极板130和负电极板170在隔膜板150置放在正电极板130和负电极板170之间的状态下基于平行于堆叠平面的平面在高度方向上交替地堆叠的结构。
在图5和图6的堆叠型电极组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。在另一方面，在图7的堆叠型电极组310、320和330中，最上电极板和最下电极板具有相同的极性。
在堆叠型电极组220、250和330中，正电极浆液施加到最下正电极板的、面对堆叠在最下正电极板上的负电极板的仅仅一个主表面。
图8是示出根据本发明的实施例的电极组堆叠体的透视图。参考该图，具有不同的尺寸或者面积的堆叠型电极组230、240和310被堆叠。在堆叠型电极组230和310之间的界面处形成了阶梯结构。另外，在堆叠型电极组240和310之间的界面处形成了另一个阶梯结构。
图9是典型地示出根据本发明的另一个实施例的电极组堆叠体的竖直截面视图。
参考该图，每一个配置为具有最上电极板和最下电极板具有相同极性的结构的电极组400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G、400H和400I在两个方向上，即在高度方向上和在与高度方向相反的方向上堆叠。
具体地，具有相同的尺寸或者面积的堆叠型电极组400I和400G顺序地堆叠在电极组堆叠体的最下端上。具有比堆叠型电极组400I和400G更大的尺寸或者面积的堆叠型电极组400E和400C顺序地堆叠在堆叠型电极组400I和400G上。具有比堆叠型电极组400E和400C更大的尺寸或者面积的堆叠型电极组400A堆叠在堆叠型电极组400E和400C上。具有比堆叠型电极组400A更小的尺寸或者面积的堆叠型电极组400B和400D顺序地堆叠在堆叠型电极组400A上。具有比堆叠型电极组400B和400D更小的尺寸或者面积的堆叠型电极组400F和400H顺序地堆叠在堆叠型电极组400B和400D上。
堆叠型电极组400I、400G、400E、400C、400A、400B、400D、400F和400H的侧面被隔膜板450覆盖，并且电极端子(未示出)沿着从该图突出的方向形成。由堆叠型电极组400I、400G、400E、400C、400A、400B、400D、400F和400H构成的堆叠体的外周边也被隔膜板450覆盖。
在由堆叠型电极组400I、400G、400E、400C、400A、400B、400D、400F和400H构成的堆叠体的外周边被隔膜板450覆盖之后，隔膜板450可以通过热焊接或者胶接固定。
如在图9中所示，在堆叠体的外周边被隔膜板450覆盖之后，隔膜板450通过胶接固定。
图10是典型地示出图9的电极组堆叠体的展开视图。
参考该图，具有最大尺寸或者面积的电极组400A置放在隔膜板的、开始隔膜板卷绕的右边缘上。具有比电极组400A更小的尺寸或者面积的电极组400B和400C在电极组400B和400C以预定距离从电极组400A隔开的状态下在卷绕方向上置放在隔膜板上。具有比电极组400B和400C更小的尺寸或者面积的电极组400D和400E在电极组400D和400E以预定距离从电极组400C隔开的状态下在卷绕方向上置放在隔膜板上。具有比电极组400D和400E更小的尺寸或者面积的电极组400F和400G在电极组400F和400G以预定距离从电极组400E隔开的状态下在卷绕方向上置放在隔膜板上。具有比电极组400F和400G更小的尺寸或者面积的电极组400H和400I在电极组400H和400I以预定距离从电极组400G隔开的状态下在卷绕方向上置放在隔膜板上。
如上所述布置的电极组400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G、400H和400I在从位于卷绕始点处的电极组400A到位于卷绕终点处的电极组400I的卷绕方向上卷绕。结果，如在图9中所示形成电极组堆叠体。
当在平面图中观察时，图10的堆叠型电极组400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G、400H和400I每一个的一个角是弯曲的。
当然，即使在当在平面图中观察时堆叠型电极组400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G、400H和400I的角是直角的情形中，堆叠型电极组400A、400B、400C、400D、400E、400F、400G、400H和400I仍然可以如在图10中所示地布置以制造图9的电极组堆叠体。
<实例>
如在以下表1到3中示意地制造正电极板和负电极板以制造根据本发明的实施例的电极组堆叠体。
表1
表2
表3
<试验实例>
具有安装在其中的、根据实例和对照实例的电极组的锂二次电池在25℃的温度下反复地充电和放电500次。结果在图11中示意。
能够看到在锂二次电池充电和放电500次之后的锂二次电池的电容量是在锂二次电池充电和放电一次之后的锂二次电池的电容量的60％或者更大，并且电极组件的厚度变化率是15％或者更低。
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，各种修改、添加和替代都是可能的。
工业适用性
如根据以上说明清楚地，根据本发明的电极组堆叠体包括基于装置的曲率改变的阶梯结构。因此，不像传统的电极组件那样，本发明具有通过利用在装置中限定的无效空间而增加单位体积的装置容量的效果。

Claims (31)

1.一种电极组堆叠体，所述电极组堆叠体包括电极组的堆叠结构，每一个所述电极组包括正电极、负电极，和置放在正电极和负电极之间的隔膜，其中，所述电极组基于平面在高度方向上堆叠，从而正电极和负电极在隔膜置放在正电极和负电极之间的状态下面对彼此，其中
所述电极组的堆叠结构包括在所述电极组之间的界面处具有不同面积的电极组，并且
在所述电极组之间的界面处的正电极和负电极的N/P比率等于或者大于构成具有相对大的面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率，其中N/P比率是容量与面积比率，
其中，构成具有相对小的面积的电极组的负电极的负荷水平等于或者大于构成具有相对大的面积的所述电极组的负电极的负荷水平。
2.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组基于所述平面在所述高度方向上以及在与所述高度方向相反的方向上堆叠。
3.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，构成第(n+1)电极组的正电极的负荷水平与构成第n电极组的正电极的负荷水平是相等的，并且构成所述第(n+1)电极组的负电极的负荷水平高于构成所述第n电极组的负电极的负荷水平。
4.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，构成第(n+1)电极组的负电极的负荷水平与构成第n电极组的负电极的负荷水平是相等的，并且构成所述第n电极组的正电极的负荷水平高于构成所述第(n+1)电极组的正电极的负荷水平。
5.根据权利要求3或4所述的电极组堆叠体，其中，构成所述第n电极组的正电极和负电极的N/P比率与构成所述第(n+1)电极组的正电极和负电极的N/P比率的比率是1：1，所述第(n+1)电极组基于所述平面在所述高度方向上堆叠在所述第n电极组上。
6.根据权利要求2所述的电极组堆叠体，其中，构成第(n-1)电极组的正电极的负荷水平、构成第n电极组的正电极的负荷水平，以及构成第(n+1)电极组的正电极的负荷水平是相等的，构成所述第(n-1)电极组的负电极的负荷水平高于构成所述第n电极组的负电极的负荷水平，并且构成所述第(n+1)电极组的负电极的负荷水平高于构成所述第n电极组的负电极的负荷水平。
7.根据权利要求2所述的电极组堆叠体，其中，构成第(n-1)电极组的负电极的负荷水平、构成第n电极组的负电极的负荷水平，和构成第(n+1)电极组的负电极的负荷水平是相等的，并且构成所述第n电极组的正电极的负荷水平高于构成所述第(n-1)电极组的正电极的负荷水平和构成所述第(n+1)电极组的正电极的负荷水平。
8.根据权利要求6或7所述的电极组堆叠体，其中
构成所述第n电极组的正电极和负电极的N/P比率与构成所述第(n+1)电极组的正电极和负电极的N/P比率的比率是1：1，所述第(n+1)电极组基于所述平面在所述高度方向上堆叠在所述第n电极组上，并且
构成所述第n电极组的正电极和负电极的N/P比率与构成所述第(n-1)电极组的正电极和负电极的N/P比率的比率是1：1，所述第(n-1)电极组基于所述平面在与所述高度方向相反的方向上堆叠在所述第n电极组上。
9.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，在所述电极组之间的界面处面对的正电极和负电极的N/P比率与构成每一个所述电极组的正电极和负电极的N/P比率的比率是1：1到3：1。
10.根据权利要求9所述的电极组堆叠体，其中，在所述电极组之间的界面处面对的正电极和负电极的N/P比率与构成每一个所述电极组的正电极和负电极的N/P比率的比率是1：1到2：1。
11.根据权利要求10所述的电极组堆叠体，其中，在所述电极组之间的界面处面对的正电极和负电极的N/P比率与构成每一个所述电极组的正电极和负电极的N/P比率的比率是1：1到1.5：1。
12.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，每一个所述电极组是包括正电极板、负电极板和置放在所述正电极板和所述负电极板之间的板形隔膜的堆叠型电极组，所述堆叠型电极组配置为具有所述正电极板和所述负电极板在所述隔膜置放在所述正电极板和所述负电极板之间的状态下，基于所述平面在所述高度方向上堆叠的结构。
13.根据权利要求12所述的电极组堆叠体，其中，所述堆叠型电极组配置为具有最上电极和最下电极具有相同极性的结构。
14.根据权利要求12所述的电极组堆叠体，其中，所述堆叠型电极组配置为具有最上电极和最下电极具有不同极性的结构。
15.根据权利要求12所述的电极组堆叠体，其中，置放在所述堆叠型电极组之间的所述隔膜是隔膜板。
16.根据权利要求12所述的电极组堆叠体，其中，置放在所述堆叠型电极组之间的所述隔膜是一体式隔膜板，并且所述隔膜板覆盖所述堆叠型电极组的未形成电极端子的侧面。
17.根据权利要求16所述的电极组堆叠体，其中，所述隔膜板与所述堆叠型电极组的所述侧面紧密接触。
18.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，每一个所述电极组是包括一体式正电极板、一体式负电极板和置放在所述正电极板和所述负电极板之间的一体式隔膜板的凝胶卷型电极组，所述凝胶卷型电极组配置为具有所述正电极板和所述负电极板在所述隔膜板置放在所述正电极板和所述负电极板之间的状态下被卷绕的结构。
19.根据权利要求18所述的电极组堆叠体，其中，电极板置放在所述凝胶卷型电极组之间，并且在每一个所述电极组和所述电极板之间的界面处的正电极和负电极的N/P比率等于或者高于构成具有比所述电极板相对更大的面积的每一个所述凝胶卷型电极组的正电极和负电极的N/P比率。
20.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，每一个所述电极组是包括正电极板、负电极板和置放在所述正电极板和所述负电极板之间的一体式隔膜板的堆叠与折叠型电极组，所述堆叠与折叠型电极组配置为具有所述正电极板和所述负电极板在所述隔膜板置放在所述正电极板和所述负电极板之间的状态下基于所述平面在所述高度方向上堆叠的结构，并且所述隔膜板覆盖所述电极板的未形成电极端子的侧面。
21.根据权利要求20所述的电极组堆叠体，其中，电极板置放在所述堆叠与折叠型电极组之间，并且在每一个所述电极组和所述电极板之间的界面处的正电极和负电极的N/P比率等于或者高于构成具有比所述电极板更大的面积的每一个所述堆叠与折叠型电极组的正电极和负电极的N/P比率。
22.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组是从堆叠型电极组、凝胶卷型电极组和堆叠与折叠型电极组组成的组中选择的两个或者更多电极组。
23.根据权利要求2所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组对称地或者非对称地堆叠。
24.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，构成具有相对小的面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率等于或者大于构成具有相对大的面积的所述电极组的正电极和负电极的N/P比率。
25.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，构成具有相对小的面积的电极组的正电极的负荷水平等于或者小于构成具有相对大的面积的所述电极组的正电极的负荷水平。
26.一种锂二次电池，包括安装在电池外壳中的、根据权利要求1到25中任何一项所述的电极组堆叠体。
27.一种装置，所述装置使用根据权利要求26所述的锂二次电池作为电源。
28.根据权利要求27所述的装置，其中，所述装置是移动电话、便携式计算机、智能电话、智能平板、上网本计算机、电动车辆，或者电力存储装置。
29.根据权利要求28所述的装置，其中，所述电动车辆是轻型电动车辆。
30.根据权利要求28所述的装置，其中，所述电动车辆是混合电动车辆。
31.根据权利要求30所述的装置，其中，所述电动车辆是插电式混合电动车辆。
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