CN105229838B - 弯曲的电极堆和包括该电极堆的电池单体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电极堆叠体和包括该电极堆叠体的电池单体，电极堆叠体包括：一个或者更多个阳极；一个或者更多个阴极；以及一个或者更多个分隔膜，其中分隔膜被层压在一个或者更多个电极的一个或者两个表面上，其中阳极、阴极以及分隔膜被层压使得分隔膜被插入在阳极和阴极之间，并且其中阳极、阴极以及分隔膜的层压表面包括弯曲表面。

Description

弯曲的电极堆和包括该电极堆的电池单体
技术领域
本发明涉及一种构成锂二次电池的电极堆，并且更特别地涉及一种弯曲的电极堆。
背景技术
随着信息技术(IT)的显著发展，各种各样的便携式信息通信装置已经被普及。结果，在21世纪，我们正在朝着其中不论时间和地点都能进行高质量的信息服务的无所不在的社会前进。
锂二次电池对于实现这样的无所不在的社会是非常重要的。可以通过将电极堆与电解质一起接纳在电池壳体的接纳部中并且然后热结合接纳部的外边缘来制造锂二次电池。
作为这样的电极堆的公知的示例，存在：堆叠式电极堆，该堆叠式电极堆被构造成具有下述结构，即，均具有预先确定的大小的正电极板、分隔板、负电极板被重复地堆叠使得分隔板分别被布置在正电极板和负电极板之间；卷绕(果冻卷)式电极堆，该卷绕(果冻卷)式电极堆被构造成具有下述结构，即，其中均具有预先确定的大小的正电极片、分隔片、以及负电极片被堆叠使得分隔片被布置在正电极片和负电极片之间，并且然后在一个方向上卷绕分隔片；以及堆叠和折叠式电极，该堆叠和折叠式电极被构造成具有下述结构，即，其中预先确定数目的堆叠式电极堆被布置在分隔片上，并且然后分隔片被在一个方向上卷绕使得堆叠式电极堆被堆叠。
图1是示出弯曲的堆叠式电极堆的典型视图。为了描述的方便起见，在图1中示出其中一个正电极板11、一个分隔板12以及一个负电极板13被堆叠的结构。可替代地，电极堆10可以包括多个正电极板、多个分隔板以及多个负电极板。对于在图1中示出的堆叠式电极堆10，堆叠正电极板11、分隔板12以及负电极板13产生大量的工时。
图2是示出弯曲的果冻卷式电极堆的典型视图。参考图2，当沿着垂直于其中电极突片突出的方向的虚拟线X’-X”弯曲果冻卷式电极堆20时，应力被集中于果冻卷式电极堆20的相反的弯曲末端A和A”上，因此果冻卷式电极堆20的电极可能被破坏。
图3是示出弯曲的堆叠和折叠式电极堆的典型视图。参考图3，当沿着垂直于其中电极突片突出的方向的虚拟线X’-X”弯曲堆叠和折叠式电极堆30时，分隔片在堆叠和折叠式电极堆30的相反的弯曲末端B’和B”处起皱，因此堆叠和折叠型电极堆30的尺寸和外观可能被劣化。
发明内容
技术问题
已经提出本发明以解决上述问题和还没有解决的其它技术问题，并且本发明的目的是为了提供一种呈现提高的加工性和产量的弯曲的电极堆和包括该电极堆的电池单体。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，通过如下电极堆的提供能够完成以上和其它的目的，该电极堆包括至少一个正电极、至少一个负电极以及至少一个分隔物，其中分隔物被层压到电极中的至少一个的一个表面或相反的两个表面，并且正电极、负电极和分隔物被堆叠使得分隔物被布置在正电极和负电极之间，并且正电极、负电极以及分隔物中的每一个的堆叠表面包括弯曲表面。不同于果冻卷式电极堆以及堆叠和折叠式电极堆，电极堆的正电极、负电极以及分隔物中的每一个的一端不与电极堆的正电极、负电极以及分隔物中的每一个的另一端相交。
电极堆可以包括改进后的电极，其被构造成具有其中分隔物被层压到至少一个电极的一个表面或者相反的两个表面的结构。例如，改进后的电极可以被构造成具有其中分隔物被层压到正电极或者负电极的一个表面的结构。另外，改进后的电极可以被构造成具有其中分隔物被层压到正电极的相反的两个表面或者负电极的相反的两个表面的结构。另外，改进后的电极可以被构造成具有其中在分隔物被布置在正电极和负电极之间的状态下正电极、分隔物以及负电极被层压的结构。在本说明书中，被构造成具有其中在分隔物被布置在正电极和负电极之间的状态下正电极、分隔物以及负电极被层压的结构的实施例可以被定义为电极组。
电极组的最外面的电极可以具有相同的极性或者不同的极性。在其中电极组的最外面的电极具有相同的极性的情况下，电极组可以被称为S型电极组。另一方面，在其中电极组的最外面的电极具有不同的极性的情况下，电极组可以被称为D型电极组。在最外面的电极中的至少一个被布置在分隔物之间的状态下，最外面的电极中的至少一个可以被层压到分隔物。
另外，改进后的电极可以被构造成具有下述结构，其中，包括从正电极和负电极之间选择的一个电极和分隔物，并且从正电极和负电极之间选择的一个电极被层压到分隔物，其可以被称为电极元件。电极元件可以被构造成具有其中在从正电极和负电极之间选择的一个电极被布置在分隔物之间的状态下从正电极和负电极之间选择的一个电极被层压到分隔物的结构。
电极、改进后的电极、分隔物、电极组、以及电极元件可以被组合以组成具有其中分隔物被布置在正电极和负电极之间的结构的电极堆，其包括在本发明的范围内。
电极堆的正电极、负电极以及分隔物中的每一个的堆叠表面可以包括弯曲表面。特别地，弯曲表面可以具有35mm到小于900mm的曲率半径。
电极堆可以包括至少一个非弯曲表面。非弯曲表面可以被设置在堆叠表面处或者在不平行于堆叠表面的电极堆的侧表面处。侧表面可以垂直于堆叠表面。电极突片可以被形成在非弯曲表面处。正电极突片和负电极突片两者可以被形成在非弯曲表面处。另一方面，正电极突片可以被形成在一个非弯曲表面处，并且负电极突片可以被形成在另一非弯曲表面处。电极突片可以被连接到电极引线以组成电极端子，该电极端子可以被连接到保护电路模块(PCM)。
在本发明的非限制性示例中，非弯曲表面可以被形成在不平行于堆叠表面的电极堆的每个侧表面处。每个侧表面可以包括一个或者更多个非弯曲表面。正电极突片和负电极突片两者可以被形成在侧表面中的一个处。
在本发明的非限制示例中，电极堆可以被构造成使得层压表面被形成在组成电极组或者电极元件的电极和分隔物之间，并且使用压敏粘合剂将层压表面相互层压。
构成电极组或者电极元件的正电极或者负电极和分隔物被相互层压。因此，当在电极堆形成弯曲表面时，由于在电极组或者电极元件的部件之间的曲率半径中的差异造成的在电极组或者电极元件的部件之间的间隙可能不大。然而，在其中电极组与另一电极组、电极组与电极元件或者电极元件与另一电极元件被简单地堆叠的状态下在电极堆形成弯曲表面的情况下，由于在部件之间的曲率半径的差异，在电极组和另一电极组之间、在电极组和电极元件之间或者在电极元件和另一电极元件之间可能产生间隙。
为了减少此间隙，粘合表面可以被形成在电极组与电极组之间、在电极组与电极元件之间或者在电极元件与电极元件之间，并且可以使用压敏粘合剂将粘合表面相互粘合。
只要压敏粘合剂能够基于压力提供粘合力，压敏粘合剂没有被特别地限制。例如，压敏粘合剂可以是从由聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡胶(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶、以及氟橡胶组成的组中选择的一个或者更多个的组合。
相同量或者不同量的压敏粘合剂可以被施加于层压表面和粘合表面。特别地，相同量的压敏粘合剂可以被施加于层压表面和粘合表面。
另外，层压表面的联接力可以等于或者不同于粘合表面的联接力。特别地，层压表面的联接力可以大于粘合表面的联接力。
压敏粘合剂的粘合力可以与被施加的压敏粘合剂的量和被施加到压敏粘合剂的压力成比例地增加。在电极组或者电极元件的制造期间，压力首先被施加到层压表面，并且然后在电极堆的制造期间压力被施加到层压表面。在其中相同数量的压敏粘合剂被施加到层压表面和粘合表面的情况下，层压表面的联接力可能大于粘合表面的联接力。
因此，在一个示例中，大量的压敏粘合剂可以被施加到粘合表面使得层压表面的联接力等于粘合表面的联接力。
然而，在这样的情况下，需要将压敏粘合剂应用到层压表面的过程和将压敏粘合剂应用到粘合表面的过程，因此生产过程被复杂化，并且需要大量的生产设施和大量的生产成本。为此，在生产过程的效率和生产成本的减少方面将相同量的压敏粘合剂应用到层压表面和粘合表面，是优选的。
在本发明的非限制示例中，电极堆可以进一步包括固定构件，该固定构件用于稳固地保持电极组、电极元件、正电极、负电极和/或分隔物的堆叠结构。
作为电极堆的外部构件的固定构件可以是胶带的粘性胶带，用于包裹电极堆的外表面的一些或者全部。
电极堆的外表面可以包括电极堆的侧表面、顶表面、前表面以及后表面。
固定构件可以是组成电极组或者电极元件的分隔物的一部分。在这样的情况下，分隔物的末端可以被热结合以固定电极堆。然而，本发明不限于此。
固定构件可以包括能够用于固定电极堆的所有构件。
在包括固定构件的同时制造堆叠式电极组件的情况下，与被构造成具有其中正电极、负电极、分隔物、电极组以及电极元件被简单地堆叠的结构的堆叠式电极组件相比能够提高产量和批量生产率。
另外，基于每个电极组或者电极元件，正电极、分隔物以及负电极被相互层压。因此，能够最小化由于膨胀造成的在电极堆的尺寸中的增加。
根据本发明的另一方面，提供一种电池单体，该电池单体包括具有上述构造的电极堆的电池单体，该电极堆与电解质一起被安装在电池壳体中。电池壳体可以是金属罐或者袋状电池壳体，该袋状电池壳体由包括金属层和树脂层的层压片制成。电池壳体可以具有与电极堆的弯曲形状相对应的形状。电池单体可以是锂离子聚合物电池、锂离子电池或者锂聚合物电池。锂离子聚合物电池、锂离子电池以及锂聚合物电池的已知结构和部件通过引用被并入本文。根据本发明的另一方面，提供一种包括电池单体和保护电路模块(PCM)的电池组。保护电路模块可以被连接到电池单体的电极端子。
电池组可以被用作用于弯曲的智能电话、弯曲的移动电话、弯曲的膝上型计算机、弯曲的平板PC、弯曲的时钟、弯曲的电视或者弯曲的眼镜的电源。
附图说明
从结合附图所作的以下详细说明，将更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，在附图中：
图1是典型地示出弯曲的堆叠式电极堆的视图；
图2是典型地示出弯曲的果冻卷式电极堆的视图；
图3是典型地示出弯曲的堆叠和折叠式电极堆的视图；
图4是典型地示出根据本发明的非限制性示例的弯曲的电极堆的视图；
图5至图9是典型地示出组成图4的电极堆的改进过的电极的各种实施例的视图；以及
图10是典型地示出进一步包括根据本发明的非限制性示例的固定构件的电极堆的视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。然而，应注意的是，通过所图示的实施例不限制本发明的范围。
图4是示出根据本发明的非限制性示例的弯曲的电极堆100的视图。为了描述的方便起见，在图4中示出其中一个正电极101、一个分隔物102和一个负电极103被堆叠的结构。另一方面，电极堆100可以包括多个正电极、多个分隔物以及多个负电极。
电极堆100包括正电极101、分隔物102以及负电极103。正电极101设置有正电极突片101a，该正电极突片101a不具有被施加于其的正电极材料，并且负电极103设置有负电极突片103a，该负电极突片103a不具有被施加于其的负电极材料。在电极堆100中，弯曲表面被形成在正电极101、分隔物102、以及负电极103中的每一个的堆叠表面处，并且非弯曲表面被形成在与堆叠表面不平行的两个侧表面处。正电极突片101a和负电极突片103a被形成在两个侧表面中的一个处。正电极突片101a和负电极突片103a分别被联接到正电极引线(未示出)和负电极引线(未示出)以形成正电极端子和负电极端子。
在电极堆100中，不同于图2的果冻卷式电极堆20和图3的堆叠和折叠式电极堆30，正电极101、分隔物102以及负电极103中的每一个的一端不与正电极101、分隔物102、以及负电极103中的每一个的另一端相交。即，没有分隔片被插入在正电极101和负电极103之间。因此，即使在其中沿着与其中正电极突片101a和负电极突片103a所形成的方向垂直的虚拟线X’-X”弯曲电极堆100的情况下，电极在电极堆100的相反的弯曲末端处也没有被破坏，或者分隔片没有起皱。
另外，不同于图1的堆叠式电极堆10，在根据本发明的非限制示例的电极堆100中，电极101和103中的至少一个的一个表面或者相反的两个表面被层压到分隔物102。因此，即使在其中沿着虚拟线X’-X”弯曲电极堆100的情况下，也能够最小化正电极101、分隔物102以及负电极103将会不在适当的位置的可能性。
被构造成具有其中分隔物被层压到至少一个电极的一个表面或者相反的两个表面的结构的改进过的电极可以具有如在图5至图9中所示的各种结构。然而，本发明不限于在图5至图9中示出的结构。
图5是典型地示出被构造成具有其中分隔物102被层压到正电极101的一个表面的第一实施例110的视图。图6是典型地示出被构造成具有其中分隔物102被层压到正电极101的相反的两个表面的结构的第二实施例120的视图。图7是典型地示出第三实施例130的视图，其被构造成具有其中在分隔物102被布置在正电极101和负电极103之间的状态下正电极101、分隔物102以及负电极103被层压的结构。图8是典型地示出第四实施例140的视图，该第四实施例140被构造成具有其中在正电极101被布置在分隔物102之间的状态下，作为图7的第三实施例130的最外面的电极101和103中的一个的正电极101被层压到分隔物102的结构。图9是典型地示出被构造成具有其中在电极101和103被布置在分隔物102之间的状态下图7的第三实施例130的最外面的电极101和103被层压到分隔物102的结构的第五实施例150的视图。第二实施例120可以被称为电极元件，并且第三实施例130可以被称为电极组。
图10是典型地示出其中固定构件T被进一步添加到弯曲的电极堆100的实施例的视图。为了描述的方便起见，在图10中示出其中一个正电极101、一个分隔物102以及一个负电极103被堆叠的结构。另一方面，电极堆100可以包括多个正电极、多个分隔物、多个负电极、多个电极组以及多个电极元件。
为了确保简单的堆叠结构的堆叠可靠性，可以使用附加的构件固定堆叠结构的一侧。如在图10中所示，固定构件T可以是用于包裹电极堆100的整个表面的带。
电极堆100可以包括多个正电极101、多个分隔物102、多个负电极103以及从由第一实施例110、第二实施例120、第三实施例130、第四实施例140、以及第五实施例150组成的组中选择的一个或者更多个的组合。
尽管为了阐述目的已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员应理解，在不脱离如所附权利要求中公开的发明范围和精神的情况下，可以进行各种变型、添加和替代。
工业实用性
从上面的描述中显然的是，根据本发明的弯曲的电极堆被构造成使用不具有分隔片的改进过的电极。因此，能够解决诸如当使用分隔片时引起的起皱、在电极堆的弯曲部分处电极的破裂以及在弯曲过程期间引起的正电极和负电极之间的短路的问题，从而同时提高了产量和加工性。

Claims (19)

1.一种电极堆，所述电极堆包括至少一个正电极、至少一个负电极以及至少一个分隔物，其中，所述分隔物被层压到所述电极中的至少一个的一个表面或相反的两个表面，并且所述正电极、所述负电极和所述分隔物被堆叠使得所述分隔物被布置在所述正电极和所述负电极之间，并且所述正电极、所述负电极和所述分隔物中的每一个的堆叠表面包括弯曲表面，
其中，所述电极堆包括电极组，所述电极组包括至少一个正电极、至少一个负电极以及至少一个分隔物，所述电极组被构造成具有如下结构，即：在所述分隔物被布置在所述正电极和所述负电极之间的状态下，所述正电极、所述分隔物以及所述负电极被层压，
其中，所述电极堆包括电极元件，所述电极元件包括至少一个分隔物以及从正电极和负电极之间选择的一个电极，所述电极元件被构造成具有如下结构，即：从所述正电极和所述负电极之间选择的一个电极被层压到所述分隔物，
其中，所述电极元件被构造成具有如下结构，即：在从所述正电极和所述负电极之间选择的一个电极被布置在所述分隔物之间的状态下，从所述正电极和所述负电极之间选择的所述一个电极被层压到所述分隔物，
其中，在构成所述电极组或者所述电极元件的所述电极和所述分隔物之间形成层压表面，并且使用压敏粘合剂将所述层压表面相互层压，
其中，在电极组与电极元件之间形成粘合表面，并且使用所述压敏粘合剂将所述粘合表面相互粘合，并且
其中，不同量的压敏粘合剂被施加到所述层压表面和所述粘合表面。
2.根据权利要求1所述的电极堆，其中，所述电极堆包括至少一个非弯曲表面。
3.根据权利要求1所述的电极堆，其中，所述电极堆的与所述堆叠表面不平行的侧表面包括一个或者更多个非弯曲表面。
4.根据权利要求1所述的电极堆，其中，在一个或者更多个非弯曲表面处形成电极端子。
5.根据权利要求4所述的电极堆，其中，在所述非弯曲表面中的一个处形成正电极端子和负电极端子两者。
6.根据权利要求4所述的电极堆，其中，在所述非弯曲表面中的一个处形成正电极端子，并且在所述非弯曲表面中的另一个处形成负电极端子。
7.根据权利要求1所述的电极堆，其中，所述电极组被构造成具有如下结构，即：所述电极中的最外面的电极具有相同的极性或者不同的极性。
8.根据权利要求7所述的电极堆，其中，在所述最外面的电极中的至少一个电极被布置在所述分隔物之间的状态下，所述最外面的电极中的所述至少一个电极被层压到所述分隔物。
9.根据权利要求1所述的电极堆，其中，所述正电极、所述负电极以及所述分隔物中的每一个的一端不与所述正电极、所述负电极、以及所述分隔物中的每一个的另一端相交。
10.根据权利要求1所述的电极堆，其中，所述层压表面的联接力等于或者不同于所述粘合表面的联接力。
11.根据权利要求1所述的电极堆，进一步包括固定构件。
12.一种电池单体，所述电池单体包括根据权利要求1所述的电极堆，所述电极堆与电解质一起被安装在电池壳体中。
13.根据权利要求12所述的电池单体，其中，所述电池壳体是金属罐或者袋状电池壳体，所述袋状电池壳体由包括树脂层和金属层的层压片制成。
14.根据权利要求13所述的电池单体，其中，所述电池单体是锂离子电池。
15.根据权利要求13所述的电池单体，其中，所述电池单体是锂离子聚合物电池。
16.一种电池组，包括保护电路模块和根据权利要求12所述的电池单体，其中所述保护电路模块被连接到所述电池单体的电极端子。
17.一种包括根据权利要求16所述的电池组的装置。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述装置是智能电话、膝上型计算机、平板PC、时钟、电视或者眼镜。
19.根据权利要求17所述的装置，其中，所述装置是移动电话。
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