CN107925118A - 具有改善密封可靠性的单元壳体的不规则结构的电池单元 - Google Patents

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Abstract

本文披露了一种板形电池单元，所述板形电池单元包括电极组件和电池壳体，所述电极组件包括正极、负极和隔板，所述电极组件安装于电池壳体中，电池壳体的外边缘藉由热粘合而密封，其中电极组件被配置成使具有相同极性的每一个电极板被分隔成具有不同平面形状和不同尺寸的至少两个电极部，电极组件在电极组件的其中电极部的外边缘相互交叉的区域处设置有至少一个外侧拐角，在所述至少一个外侧拐角处外边缘以30度至150度的角度相互交叉，且在电极板和隔板的每一者的与外侧拐角对应的区域中形成有外侧凹槽，使得所述外侧凹槽形成为向内凹陷。

Description

具有改善密封可靠性的单元壳体的不规则结构的电池单元
技术领域
本申请要求于2015年11月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0168607号的权益，通过引用将上述专利申请的公开内容作为整体结合在此。
本发明涉及一种特征在于改善单元壳体的密封可靠性的具有不规则结构的电池单元。
背景技术
基于锂二次电池的外观，锂二次电池通常可被分类成圆柱形电池单元、棱柱形电池单元和袋形电池单元。基于电解质溶液的类型，锂二次电池亦可被分类成锂离子电池、锂离子聚合物电池和锂聚合物电池。
移动装置朝微型化发展的最近趋势已增加了对具有小的厚度的棱柱形电池单元或袋形电池单元的需求。具体而言，当前大量关注集中于袋形电池单元上，因为袋形电池单元的形状易于修改、制造袋形电池单元的成本低、且口袋形电池单元的重量轻。
一般而言，袋形电池单元是具有以密封状态包含于由包括树脂层和金属层在内的层压片制成的袋形电池壳体中的电极组件和电解质的二次电池。安装于电池壳体中的电极组件可被配置成具有包卷(缠绕)型结构、堆叠型结构或组合(堆叠/折叠)型结构。
图1是典型地示出包括堆叠型电极组件的袋形二次电池的结构的视图。
参照图1，袋形二次电池10包括电极组件30、从电极组件30延伸的电极接片40和50、藉由焊接而分别连接至电极接片40和50的电极引线60和70、以及用于容置电极组件30的电池壳体20。
电极组件30是包括正极和负极的功率产生元件，正极和负极在隔板分别设置于正极与负极之间的状态下顺序地堆叠。电极组件30被配置成具有堆叠型结构或堆叠/折叠型结构。电极接片40和50从电极组件30的对应的电极板延伸。电极引线60和70例如藉由焊接而分别电性连接至从电极组件30的对应电极板延伸出的电极接片40和50。电极引线60和70从电池壳体20向外部分地暴露出。此外，绝缘膜80贴附至电极引线60和70的上表面和下表面的一些部分，绝缘膜80用于改善电池壳体20与电极引线60和70之间的密封性并同时确保电池壳体20与电极引线60和70之间的电性绝缘。
电池壳体20由铝层压片制成且具有用于容纳电极组件30的空间。电池壳体20通常形成为袋形状。在图1中示出的堆叠型电极组件30中，电池壳体20的内上端与电极组件30间隔开而使得电极接片40和50可分别耦接至电极引线60和70。
然而，最近根据细长型及各种设计发展的趋势，需要一种新的电池单元类型。
此外，电池单元被配置成包括具有相同尺寸或相同容量的电极组件。为制造考虑应用电池单元的装置的设计而具有新颖结构的电池单元，因此，应减小电池单元的容量或应增大装置尺寸。
为解决此类问题，某些先前技术藉由对不同尺寸的电池单元进行堆叠而制造电池组。然而，由于此种电池组具有堆叠的电池单元，因而电池单元不能共享电池单元之间的电化学反应，且电池组的厚度因此增大。因此，电池的容量可减小。
此外，由于这种设计修改，导致电性连接变得复杂；因此，难以制造满足期望条件的电池单元。
因此，迫切需要一种能够容易地适应待应用电池单元的装置的形状的电池单元。
发明内容
技术问题
做出本发明来解决上述问题以及其他尚未解决的技术问题。
具体地说，本发明的一个目的是提供一种电池单元，所述电池单元被配置成具有能够容易地适应各种装置的形状和空间以最大限度地利用装置中的空间的结构，并被配置成具有能够有效地安装于具有除矩形结构外的各种结构的装置中的结构。
技术方案
根据本发明的一个方面，上述及其他目的可通过提供板形电池单元来实现，所述板形电池单元包括电极组件和电池壳体，所述电极组件包括正极、负极和隔板，其中所述电极组件安装于所述电池壳体中，所述电池壳体的外边缘藉由热粘合密封，其中所述电极组件被配置成使具有相同极性的每一电极板被分隔成具有不同平面形状和尺寸的至少两个电极部，所述电极组件在所述电极组件的其中所述电极部的外边缘相互交叉的区域处设置有至少一个外侧拐角(outside corner)，在所述至少一个外侧拐角处所述外边缘以30度至150度的角度相互交叉，且在所述电极板和所述分隔板中的每一者的与所述外侧拐角对应的区域中形成有外侧凹槽，使得所述外侧凹槽形成为向内凹陷。
也就是说，根据本发明的电池单元被配置成使所述电极组件包括具有不同形状和不同尺寸的电极部。因此，所述电池单元可被配置成具有与一般的矩形结构相当不同的新的结构。举例而言，电池单元可被配置成基于电极部之间尺寸的不同而具有不规则结构(诸如阶梯结构或凹陷结构)或基于电极部之间形状的不同而具有几何结构。因此，根据本发明的电池单元可容易地适应具有各种设计的装置的形状。
图2中示出这样的不规则结构的一个示例。将参照图2更加详细地描述该不规则结构。
参照图2，电池单元100被配置成具有其中电池壳体120的外边缘121、122、123和124在其中电极组件110与电解质一起容纳于电池壳体120中的状态下藉由热粘合被密封的结构。
具体地说，电极组件110包括被边界线A相互分隔的具有不同平面形状和不同尺寸的两个电极部110a和110b。因此，台阶130因电极部110a与电极部110b之间尺寸的不同而形成于电极组件110处。此外，电池壳体120形成为与电极组件110的形状对应的形状，且电池壳体120的外边缘121、122、123和124沿电极组件110的外边缘被密封。因此，电池单元100被配置成包括台阶130在内的与电极组件110的形状对应的不规则结构，而非传统的矩形结构。
然而，在图2中所示的电池单元100的结构中，电池壳体120的外边缘121与外边缘122在外侧拐角C处相互交叉，外侧拐角C为其中电极110a和110b的外边缘相互交叉的区域，以使得电池壳体120的形状与电极组件的形状对应。因此，在其中电池壳体120的外边缘121与外边缘122相互交叉的区域处的密封区域是相对较大的。
此外，其中电池壳体120的外边缘121与外边缘122相互交叉的密封区域较电池壳体的其他边缘具有较低的密封力。出于此原因，电池壳体120的与外侧拐角C邻近的外边缘121和122较电池壳体120的外边缘123和124需要藉由热粘合而密封更大的区域。
因此，电池单元100的结构具有以下缺点：电池单元对装置中的空间的利用与电池壳体120的外边缘121和122在外侧拐角C处的密封区域成比例地劣化。
此外，电池壳体120的藉由热粘合密封的外边缘121、122和123必须在电极组件110的侧向方向上弯曲，但其中形成有电极引线101和102的外边缘124除外，以防止水分从中透过而渗入电池壳体中，并减小电池单元的面积。然而，在图2中所示的结构中，电池壳体120的与外侧拐角C邻近的外边缘121与外边缘122相互连接以与外侧拐角C对应。出于此原因，将电池壳体120的外边缘121、122和123在电极组件110的侧向方向上进行弯曲是不容易的。
如果为了使电池壳体120的外边缘121、122和123弯曲而切断电池壳体120的外边缘121、122和123之间的连接，则在外侧拐角C与切断区域之间不设置电池壳体120的密封区域，其结果是电池壳体120的密封状态可能会受损。
在根据本发明的电池单元中，在电极板和隔板中的每一者的区域中形成有外侧凹槽，使得所述外侧凹槽形成为向内凹陷，所述外侧凹槽形成于外侧拐角处，且电池壳体在外侧凹槽中藉由热粘合被进一步密封，由此改善电池壳体的密封可靠性。
如上所述，外侧凹槽是在电极板和隔板中的每一者中形成为向内凹陷的区域。当电极板和隔板被堆叠以构成电极组件时，外侧凹槽可在向上向下的方向上相互平行地布置。
电极组件可包括至少两个电极部，且外侧凹槽可形成于电极部之间。具体地说，外侧凹槽可形成为与外侧拐角对应。也就是说，在向上向下的方向上相互平行地布置的外侧凹槽可位于外侧拐角处。
在上述结构中，电池壳体可在所述电池壳体的与外侧凹槽对应的位置处藉由热粘合被进一步密封，以具有与外侧凹槽的区域对应的区域。因此，可改善电极组件的具有较低密封力的外侧拐角的密封性。
所述电池壳体可包括：密封的外边缘，所述密封的外边缘沿与之平行的电极组件的外边缘藉由热粘合被密封，但外侧凹槽处除外；以及密封的延伸部，密封的延伸部在与所述外侧凹槽对应的位置处藉由热粘合被密封。
因此，可藉由在外侧凹槽中设置藉由热粘合而进一步形成的密封的延伸部来减小在其中与所述外侧凹槽邻近的密封的外边缘相互交叉的区域处的密封区域。此外，亦可减小密封的外边缘的密封区域，由此所述电池单元可最大化地利用装置中的空间。
所述电池单元的密封的外边缘亦可在电极组件的侧向方向上弯曲，且弯曲的密封的外边缘之中邻近于所述外侧凹槽的密封的外边缘可在密封的外边缘之间的连接被朝密封的延伸部切断的状态下进行弯曲。
即使当密封的外边缘之间的连接被如上所述切断时，亦可借助于藉由热粘合进一步形成于外侧凹槽中的密封的延伸部而牢固地维持电池壳体在电极组件的外侧拐角处的密封状态。因此，即使根据本发明的电池单元具有如上所述的不规则结构，亦可使电池壳体的外边缘在电极组件的侧向方向上容易地弯曲。
在具体实例中，当从上方观察时，所述外侧凹槽可具有：包括曲线的圆形结构；包括相互连接的曲线和直线的复合结构；或者包括相互连接的多条直线的多边形结构。
所述外侧凹槽向内凹陷的最大长度可为邻近于所述外侧凹槽的各密封的外边缘的宽度的平均值的20％至400％。
在此，最大长度是与所述外侧凹槽从电极部的外边缘相互交叉的点处向内凹陷的最大距离对应的长度。最大长度与密封的延伸部的密封区域成比例。
此外，密封的外边缘的与外侧凹槽邻近的区域可与密封的延伸部的区域的增大成比例地减小。因此，可基于各密封的外边缘的宽度的平均值来设定最大长度。
当外侧凹槽的最大长度小于上述范围的最小值时，密封的延伸部的密封区域较小，其结果是无法达到所期望的效果。当外侧凹槽的最大长度大于上述范围的最大值时，电极组件的体积因向内的凹槽而减小，其结果是电池单元的容量减小，这是不希望的。
下文中，将基于非限制性的实例对电极组件的各种不规则结构进行详细地描述。
在具体实例中，在外侧拐角处，电极部的外边缘可基于电极组件的期望形状而以预定角度相互交叉。具体地说，在外侧拐角处，电极部的外边缘可以60度至120度的角度相互交叉。
电极组件可被配置成具有如下结构：其中包括电极部和外侧凹槽的至少一个正极板与包括电极部和外侧凹槽的至少一个负极板在隔板设置于所述正极板与所述负极板之间的状态下向上堆叠。具有这种结构的电极组件可被称作堆叠型电极组件。
另一方面，电极组件可被配置成具有在隔膜上布置有多个单元电池的结构，所述多个单元电池的每一者被配置成具有如下结构：其中包括电极部和外侧凹槽的至少一个正极板与包括电极部和外侧凹槽的至少一个负极板在隔板设置于所述正极板与所述负极板之间的状态下向上堆叠，所述隔膜从其一端至另一端缠绕而使得单元电池在隔膜设置于相应的单元电池之间的状态下堆叠。具有这种结构的电极组件可被称作组合(堆叠/折叠)型电极组件。
由电极板和隔板构成的电极组件可包括：第一电极部，所述第一电极部具有相对较大的平面尺寸；和至少一个第二电极部，所述第二电极部具有比所述第一电极部的平面尺寸小的平面尺寸，所述第二电极部以与所述第一电极部一体地成形的状态垂直于所述第一电极部的边界线延伸，且外侧凹槽可形成在其中所述第一电极部的边界线与所述第二电极部的延伸区域相互垂直处的外侧拐角中。
在本发明中，第一电极部与第二电极部是在电极板堆叠的状态下、电极组件的关于假想边界线相互分隔的区域，以使得第一电极部和第二电极部具有不同的平面形状和不同的尺寸。也就是说，电极部并非物理上相互隔开。
举例而言，在具有相同极性的每一个电极板中，具有不同平面形状和不同尺寸的至少两个电极部可以彼此一体地成形的状态从彼此延伸。
因此，在其中正极板被分隔成具有不同平面形状和不同尺寸的第一电极部和第二电极部且负极板被分隔成具有不同平面形状和不同尺寸的第一电极部和第二电极部的情形中，当正极板与负极板堆叠时，正极板的第一电极部与负极板的第一电极部在向上向下的方向上相互平行地布置以构成电极组件的第一电极部，且正极板的第二电极部与负极板的第二电极部在向上向下的方向上相互平行地布置以构成电极组件的第二电极部。
所述电极组件可进一步包括n(n≥1)个延伸电极部，所述n个延伸电极部所具有的平面尺寸小于第一电极部或第二电极部的平面尺寸，所述延伸电极部中的一者，即第一延伸电极部，可以与第一电极部或第二电极部一体地成形的状态垂直于第一电极部或第二电极部的边界线延伸，且外侧凹槽可形成在其中边界线与第一延伸电极部相互垂直的外侧拐角中。
当n等于或大于2时，所述延伸电极部可以与第(n-1)个延伸电极部一体地成形的状态垂直于邻近的第(n-1)个延伸电极部的边界线延伸，同时形成外侧凹槽。
电极接片可形成于电极组件的各个位置，以使得电极组件可以各种方式电性连接至外侧。
在具体实例中，电极接片可形成在第一电极部和第二电极部的每一者处。
所述电极接片可为正极接片或负极接片，且正极接片可形成于第一电极部处。在上述结构中，正极接片可形成于第一电极部处，负极接片可形成于第二电极部处。或者，正极接片可形成于第二电极部处，负极接片可形成于第一电极部处。
所述电极接片可形成于电极部的不与外侧拐角邻近的外边缘处。在这种结构中，如上所述的，电池壳体的与外侧凹槽邻近的密封的外边缘可在电极组件的侧向方向上弯曲。
或者，所述电极接片可形成于电极部的每一者的与外侧拐角邻近的外边缘处。在这种结构中，电池壳体的与外侧凹槽邻近的密封的外边缘不可以在电极组件的侧向方向上弯曲。
在另一具体实例中，电极接片(即，正极接片和负极接片)可形成在第一电极部和第二电极部的每一者处，且所述电极接片可形成于电极部的外边缘处，但电极部的与外侧拐角邻近的外边缘处除外。
在上述结构中，正极接片和负极接片形成于每一个电极部处。因此，每一个电极部可电性地连接至外部装置。此外，电流可分布遍及第一电极部和第二电极部的电极接片。因此，各个电极接片中的电阻降低，其结果是电流损耗减小。
在又一具体实例中，电极接片可形成在第一电极部或第二电极部处，且所述电极接片可形成于电极部的外边缘处，但电极部的与外侧拐角邻近的外边缘处除外。
此外，电极接片可形成在第一电极部或第二电极部处，且所述电极接片可形成于电极部的与外侧拐角邻近的外边缘处。
所述电池单元可被配置成具有如下结构：其中电极引线在所述电极引线耦接至电极接片的状态下穿过藉由热粘合而密封的电池壳体的外边缘的一些部分从电池壳体向外突出。
如上所述，所述电池单元可为不规则电池单元，其被配置成具有如下结构：其中所述电池单元的六个或更多个外边缘被连接成限定一个或多个台阶，且所述电池单元的外边缘可对应于藉由热粘合密封的电池壳体的外边缘。
所述电池壳体可为由包括树脂层和金属层在内的层压片制成的袋形电池壳体。
所述层压片可被配置成具有如下结构：其中表现出高耐久性的外树脂层贴附至金属阻挡层的一个主表面(外表面)且表现出高的热粘合性质的树脂密封剂层贴附至金属阻挡层的另一主表面(内表面)。
要求外树脂层表现出对外部环境的高耐性。因此，要求外树脂层表现出超过预定的抗拉强度和预定的耐候性。出于此原因，所述外树脂层可由聚合物树脂制成，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或定向尼龙膜。
要求金属阻挡层除具有防止异物(诸如气体或水分)的引入或渗漏的功能外，亦具有使电池壳体的强度增加的功能。为此，金属阻挡层例如可由铝制成。
树脂密封剂层可由表现出高的热焊接性质(热粘合性质)和低吸湿性质(其必然会抑制电解质的渗透)且不会膨胀或不会被电解质腐蚀的聚烯烃树脂制成。更具体地说，树脂密封剂层可由流延聚丙烯(CPP)制成。
一般而言，诸如聚丙烯之类的聚烯烃树脂对金属具有低粘合性。出于此原因，可在树脂密封剂层与金属阻挡层之间进一步设置粘合层以改善树脂密封剂层与金属阻挡层之间的粘合并改善阻挡特性。粘合层例如可由胺基甲酸酯、丙烯酸酯或热塑性弹性体(thermoplastic elastomer)制成，然而，用于粘合层的材料并不限于此。
电池壳体可被配置成具有如下结构：其中层压片的树脂层在其中所述树脂层相互紧密接触以面对彼此的状态下藉由热粘合而相互接合。因此，可从外侧对电极组件和电解质进行密封。电池壳体的外边缘可为电池壳体的如上所述相互结合的外部区域。
根据本发明的电池单元的种类没有特别限制。在具体实例中，电池单元可为表现出高能量密度、高放电电压和高输出稳定性的锂二次电池，诸如锂离子(Li-ion)电池、锂聚合物(Li-polymer)电池、或锂离子聚合物(Li-ion polymer)电池。
一般而言，锂二次电池包括正极、负极、隔板以及包含锂盐的非水电解质溶液。
正极例如可藉由将正极活性材料、导电剂和粘合剂的混合物施加至正极集电器和/或正极集电延伸部并对所述混合物进行干燥而制造。可视需要向所述混合物中进一步添加填料。
一般而言，正极集电器和/或正极集电延伸部具有3μm至500μm的厚度。正极集电器和/或正极集电延伸部没有特别限制，只要正极集电器和/或正极集电延伸部表现出高的导电性同时正极集电器和/或正极集电延伸部在应用所述正极集电器和/或正极集电延伸部的电池中不引起任何化学变化即可。举例而言，正极集电器和/或正极集电延伸部可由不锈钢、铝、镍、钛或塑性碳(plastic carbon)制成。或者，正极集电器和/或正极集电延伸部可由铝或不锈钢制成，正极集电器和/或正极集电延伸部的表面用碳、镍、钛或银来处理。此外，正极集电器和/或正极集电延伸部可具有形成于其表面处的微尺度不均匀图案以增加正极活性材料的粘合力。正极集电器和/或正极集电延伸部可被配置成各种形式，诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体、和无纺布体。
正极活性材料可以是但不限于：层状化合物，诸如锂钴氧化物(LiCoO2)或锂镍氧化物(LiNiO2)，或由一种或多种过渡金属取代的化合物；由化学式Li1+xMn2-xO4(其中x＝0至0.33)表示的锂锰氧化物，诸如LiMnO3、LiMn2O3、或LiMnO2之类的锂锰氧化物；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，诸如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、或Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且x＝0.01至0.3)表示的Ni-位锂镍氧化物；由化学式LiMn2- xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn、或Ta，且x＝0.01至0.1)或化学式Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu、或Zn)表示的锂锰复合氧化物；LiMn2O4，其中该化学式的Li部分地被碱土金属离子所取代；二硫化合物；或Fe2(MoO4)3。
通常添加导电剂以使得以包括正极活性材料的化合物的总重量计，导电剂具有1重量％至30重量％。导电剂没有特别限制，只要导电剂表现出高的导电性同时导电剂在应用导电剂的电池中不引起任何化学变化即可。举例而言，可使用以下材料作为导电剂：石墨，诸如天然石墨或人工石墨；炭黑，诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、或夏黑；导电纤维，诸如碳纤维或金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳粉末、铝粉、或镍粉；导电晶须，诸如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物，诸如钛氧化物；或诸如聚苯撑衍生物之类的导电材料。
粘合剂是有助于活性材料和导电剂之间的结合以及有助于与集电器的结合的组分。以包括正极活性材料的化合物的总重量计，粘合剂一般添加的量为1wt％至30wt％。粘合剂的实例可使用聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元聚合物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、和各种共聚物。
填料是可选地用作抑制正极膨胀的一种组分。对填料没有特别限制，只要其不会在应用填料的电池中引起化学变化且由纤维材料制成即可。作为填料的实例，可使用烯烃聚合物，诸如聚乙烯和聚丙烯；和纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
负极可藉由将负极活性材料施加至负极集电器和/或及/或负极集电延伸部并对所述负极活性材料进行干燥而制造。上述组分可视需要选择性地添加至所述负极活性材料。
一般而言，负极集电器和/或负极集电延伸部具有3μm至500μm的厚度。负极集电器和/或负极集电延伸部没有特别限制，只要负极集电器和/或负极集电延伸部表现出高的导电性同时负极集电器和/或负极集电延伸部在应用所述负极集电器和/或负极集电延伸部的电池中不引起任何化学变化即可。举例而言，负极集电器和/或负极集电延伸部可由铜、不锈钢、铝、镍、钛或塑性碳制成。或者，负极集电器和/或负极集电延伸部可由铜或不锈钢制成，负极集电器和/或负极集电延伸部的表面用碳、镍、钛或银、或铝镉合金来处理。此外，负极集电器和/或负极集电延伸部可具有形成于其表面处的微尺度不均匀图案以便以与正极集电器和/或正极集电延伸部相同的方式来增加负极活性材料的粘合力。负极集电器和/或负极集电延伸部可被配置成各种形式，诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体、和无纺布体。
作为负极活性材料，举例而言，可使用碳，诸如非石墨化碳和石墨系碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe’yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me’：Al、B、P、Si、周期表第1、2和3族元素、卤素；0≤x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅系合金；锡系合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、或Bi2O5；导电聚合物，诸如聚乙炔；Li-Co-Ni系材料。
隔板插置于正极与负极之间。作为隔板，举例而言，可使用表现出高离子渗透性和高机械强度的绝缘薄膜。隔板通常具有0.01μm至10μm的孔径和5μm至300μm的厚度。作为用于隔板的材料，举例而言，使用表现出耐化学性和疏水性的诸如聚丙烯之类的烯烃聚合物、玻璃纤维、或聚乙烯制成的片材或无纺布。在其中诸如聚合物之类的固体电解质被用作电解质的情形中，所述固体电解质亦可起到隔板的作用。
电解质溶液可为由非水电解质溶液和锂盐构成的包含锂盐的非水电解质溶液。可使用非水有机溶剂、有机固体电解质或无机固体电解质作为非水电解质溶液。然而，本发明并不限于此。
作为所述非水有机溶剂的实例，可提及非质子有机溶剂，诸如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、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、碳酸丙烯酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯、和丙酸乙酯。
作为有机固体电解质的实例，可提及聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、多聚赖氨酸(poly agitation lysine)、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、和包含离子解离基团的聚合物。
作为无机固体电解质的实例，可提及锂(Li)的氮化物、卤化物和硫酸盐，诸如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH、和Li3PO4-Li2S-SiS2。
锂盐是易溶于上述非水电解质中的材料，并且例如可包括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。
此外，为了改善充电和放电特性和阻燃性，例如，可在非水电解质溶液中添加以下化合物：吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、n-乙二醇二甲醚(n-glyme)、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的恶唑烷酮、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、三氯化铝和类似物。根据情况，为了赋予不燃性，所述非水电解质溶液可进一步包括含卤溶剂，诸如四氯化碳和三氟乙烯。此外，为了提高高温保存特性，所述非水电解质溶液可进一步包括二氧化碳气体。此外，可进一步包括氟代碳酸乙烯酯(FEC)和丙烯磺酸内酯(PRS)。
在优选的实施例中，可将锂盐(诸如LiPF6、LiClO4、LiBF4或LiN(SO2CF3)2)添加至为高介电溶剂的环状碳酸酯(诸如EC或PC)和为低粘度溶剂的线性碳酸酯(诸如DEC、DMC或EMC)的混合溶剂以制备包含锂盐的非水电解质。
根据本发明的其他方面，提供一种包括一个或多个电池单元的电池组和一种包括所述电池组的装置。
所述装置没有特别限制，只要所述装置是需要来自电池组的功率的电子装置即可。具体地说，所述装置可为具有其中装配有所述电池组的相对较小的空间的移动电子装置。举例而言，所述移动电子装置可包括但不限于：移动电话、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、智能手表、智能眼镜、智能衣物(smart clothes)、或智能型佩带(smart band)。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中将更清楚地理解本发明的上述及其他目的、特征和其他优点，在附图中：
图1是示出传统的电池单元的典型图；
图2是示出另一传统的电池单元的典型图；
图3是示出根据本发明一个实施方式的电池单元的典型图；
图4是示出构成图3的电池单元的电极组件的典型图；
图5是典型地示出图3的电池单元的平面图；
图6是典型地示出图5的电池单元的局部放大图；
图7是示出其中图6中所示的密封的外边缘沿切割线弯曲的一系列工序的典型图；
图8是示出根据本发明另一实施方式的外侧凹槽的结构的典型图；
图9是示出根据本发明的另一实施方式的电极组件的典型图；
图10是示出根据本发明的另一实施方式的电极组件的典型图；
图11是示出根据本发明的另一实施方式的电极组件的典型图；
图12是示出根据本发明的另一实施方式的电极组件的典型图；
图13是示出根据本发明的又一实施方式的电极组件的典型图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式。然而，应该注意的是，本发明的范围不受所示实施方式的限制。
图3是示出根据本发明一个实施方式的电池单元的典型图，图4是典型地示出构成图3的电池单元的电极组件的视图，图5是示出图3的电池单元的平面图。此外，图6是典型地示出图5的电池单元的局部放大图。
参照这些图，电池单元200被配置成具有如下结构：其中电池壳体220的外边缘222a、222b、224、226和228在其中电极组件210与电解质一起容纳于电池壳体220中的状态下藉由热粘合被密封。
电极组件210被配置成具有如下结构：其中包括多个正极板和多个负极板的多个电极板214在隔板(未示出)设置于相应的电极板214之间的状态下向上堆叠。
隔板和电极板214各自包括被边界线A相互分隔成具有不同平面形状和不同尺寸的两个电极部214a和214b。在隔板和电极板214中的每一者的其中电极部214a和214b的外边缘211a和211b相互交叉的区域中形成有外侧凹槽212，使得所述外侧凹槽形成为向内凹陷。
因此，由在向上向下的方向上相互平行地布置的外侧凹槽212限定的凹陷空间形成于由堆叠的电极板214和隔板构成的电极组件210中，以使得电池壳体220可在所述凹陷空间中藉由热粘合被进一步密封。
电极组件210被配置成使得电极板214和隔板中的每一者包括两个电极部214a和214b，电极组件210包括具有相对较大的平面尺寸的第一电极部250和具有比第一电极部250的平面尺寸小的平面尺寸的第二电极部260，第二电极部260以与第一电极部250一体地形成的状态垂直于从第一电极部250的外边缘251a延伸的假想边界线A延伸。
第一电极部250和第二电极部260是在其中电极板214堆叠的状态下电极组件的关于假想边界线A相互分隔开的区域，以使得第一电极部250和第二电极部260具有不同的平面形状和尺寸。也就是说，电极部250和260并非物理上相互隔开。另外，电极部250和260并非相互分离。
此外，当每一者被分隔成具有不同平面形状和尺寸的第一电极部214a和第二电极部214b的正极板和负极板堆叠时，正极板和负极板的第一电极部214a在向上向下的方向上相互平行地布置以构成电极组件210的第一电极部250。以相同的方式，正极板和负极板的第二电极部214b在向上向下的方向上相互平行地布置以构成电极组件210的第二电极部260。因此，电极板214的电极部214a和214b实质上分别与电极组件210的电极部250和260相同。
电极组件210在电极组件210的其中第一电极部250的外边缘251a与第二电极部260的外边缘251b相互交叉的区域处设置有外侧拐角230，在外侧拐角230处，外边缘251a与外边缘251b以大约90度的角度相互交叉。外侧凹槽212被布置成与外侧拐角230对齐。
外侧凹槽212的每一者向内凹陷的最大长度L大约是邻近于外侧凹槽212的密封的外边缘222a和222b的宽度的平均值的100％。
在此，最大长度L是与外侧凹槽212的每一者从电极部250和260的外边缘251a和251b相互交叉的点处向内凹陷的最大距离对应的长度。最大长度L与密封的延伸部270的所密封区域成比例。
电池壳体220包括：密封的外边缘222a、222b、224、226和228，所述密封的外边缘222a、222b、224、226和228沿与之平行的电极组件210的外边缘藉由热粘合被密封，但外侧凹槽212除外；以及密封的延伸部270，所述密封的延伸部270在与外侧凹槽212对应的位置处藉由热粘合被密封。
也就是说，根据本发明的电池单元200包括在电池壳体220的与外侧凹槽212对应的位置处藉由热粘合被进一步密封的密封的延伸部270，以具有与外侧凹槽212的每一者的区域对应的区域。因此，可改善电极组件210的具有相对较低的密封力的外侧拐角的密封性。
具体地说，电池单元200具有如下优点：在电池壳体220的邻近于外侧凹槽212的密封的外边缘222a和222b相互交叉的区域处的密封区域因在电池壳体220的与外侧凹槽212的每一者对应的位置处被进一步密封的密封的延伸部270而相对较小；且密封的外边缘222a和222b的密封区域被最小化，由此电池单元可最大限度地利用装置中的空间。
此外，电池壳体220的密封的外边缘224和228在电极组件210的侧向方向上沿参考线Z和Z’弯曲，但电极引线207和209从其上突出的电池壳体220的密封的外边缘226除外。
邻近于外侧凹槽212的密封的外边缘222a和222b以其中密封的外边缘222a和222b朝外侧凹槽212沿切割线CL切割的状态如由参考符号R所指示地被隔开。如上所述被隔开的密封的外边缘222a和222b在电极组件210的侧向方向上沿参考线X和Y弯曲，如图7中所示。
在上述结构中，电池壳体220在与外侧凹槽212对应的位置处的密封性藉由密封的延伸部270得到改善。因此，即使当密封的外边缘222a与222b之间的连接被切断时，亦可牢固地维持电池壳体220在与外侧凹槽212对应的位置处的密封状态。
电极组件的正极接片227及负极接片229形成在第一电极部250的从限定外侧拐角230的外边缘251a垂直地延伸的外边缘处。电极引线207和209分别耦接至正极接片227和负极接片229。电极引线207和209经由电池壳体220的密封的外边缘226从电池壳体220向外突出。
如图3至图7中所示，当从上方观察时，外侧凹槽212的每一者可具有仅由曲线构成的圆形结构。或者，外侧凹槽212a的每一者可具有由相互连接的多条直线构成的多边形结构，如图8(a)中所示，或者外侧凹槽212b的每一者可具有由相互连接的曲线和直线构成的复合结构，如图8(b)中所示。
图9至图13是示出根据本发明的其他实施方式的具有各种不规则结构的电极组件的典型图。
首先参照图9，电极组件300包括具有相对较大的平面尺寸的第一电极部350和具有比第一电极部350的平面尺寸小的平面尺寸的第二电极部360，第二电极部360以与第一电极部350一体地形成的状态垂直于从第一电极部350的外边缘301延伸的假想边界线I延伸。
电极组件300在电极组件300的其中第一电极部350的外边缘301与第二电极部360的外边缘302相互交叉的区域处设置有外侧拐角330，在外侧拐角330处，外边缘301与外边缘302以大约60度的角度θ相互交叉。外侧凹槽312被布置成与外侧拐角330对齐。
在上述电极组件300的结构中，第二电极部360相对于第一电极部350倾斜。因此，电极组件300可容易地应用于具有弯曲结构或圆形结构的装置。
图10示出包括多个延伸电极部的电极组件。
参照图10，电极组件400包括具有相对较大的平面尺寸的第一电极部450和第二电极部460以及具有比第二电极部460的平面尺寸小的平面尺寸的第一延伸电极部470和第二延伸电极部480。
电极组件400的基本结构与图2至图6中所示的电极组件的基本结构类似。然而，第一延伸电极部470以与第二延伸电极部480一体地成形的状态垂直于第二电极部460的边界线I’延伸，且外侧凹槽420形成在其中边界线I’与第一延伸电极部470相互垂直的外侧拐角中。此外，第二延伸电极部480以与第一延伸电极部470一体地成形的状态垂直于第一延伸电极部470的边界线I”延伸，同时形成外侧凹槽430。
也就是说，电极组件400被配置成具有其中第一电极部450的尺寸、第二电极部460的尺寸、第一延伸电极部470的尺寸、和第二延伸电极部480的尺寸依序减小的结构，其结果是电极组件400包括因各电极部之间的平面尺寸不同而形成的多个台阶480、492和494。
图11典型地示出其中第一电极部、第二电极部和延伸电极部相互组合的电极组件的结构。
具体地说，电极组件500包括具有相对较大的平面尺寸的第一电极部550和具有比第一电极部550的平面尺寸小的平面尺寸的一对第二电极部560a和560b，第二电极部560a和560b垂直于从第一电极部550的外边缘551和552延伸的假想边界线G和G’延伸。
第二电极部560a以与第一电极部550一体地成形的状态垂直于第一电极部550的边界线G延伸，且外侧凹槽512形成在其中边界线G与第二电极部560a相互垂直的外侧拐角中。
第二电极部560b以与第一电极部550一体地成形的状态垂直于第一电极部550的边界线G’延伸，且外侧凹槽513形成在其中边界线G’与第二电极部560b相互垂直的外侧拐角中。延伸电极部570垂直于第二电极部560b的边界线G”延伸成面对第一电极部550，且外侧凹槽514形成在其中边界线G”与延伸电极部570相互垂直的外侧拐角中。
此结构与根据先前的实施方式的电极组件的结构的不同之处在于：延伸电极部570与第一电极部550之间界定有凹陷空间580。
此外，电极组件500的正极接片501和负极接片502分别形成于第一电极部550和第二电极部560a处。因此，电极组件500可在各种方向上电性地连接至外侧。
图12和图13示出电极接片形成于不同位置处的电极组件。
首先参照图12，除正极接片601a和负极接片602a形成于第一电极部650处且另一正极接片601b和另一负极接片602b形成于第二电极部660处之外，电极组件600的一般结构与图2至图6中所示的电极组件的一般结构相同。
此外，电极接片601a、601b、602a和602b形成于电极部650和660的外边缘651a和652a处，但不形成于电极部650和660的邻近于外侧拐角的外边缘651和652处。
在此结构中，每一电极部包括正极接片和负极接片。因此，电极部650和660的每一者可电性地连接至外侧，由此电极组件600可以各种方式电性地连接至外侧。此外，电流可分布遍及第一电极部650和第二电极部660的电极接片601a、601b、602a和602b。因此，在各个电极接片601a、601b、602a和602b中的电阻降低，其结果是电流损耗减小。
另一方面，图13的电极组件700被配置成具有其中正极接片701和负极接片702仅形成于第一电极部750处的结构。具体地说，这些接片701和702形成于第一电极部750的邻近于外侧拐角的外边缘751处。
在此结构中，正极接片701和负极接片702位于台阶790处，台阶790是由电极部之间尺寸的不同而形成的。在包括电极组件700在内的电池单元中，电性连接构件(诸如保护电路板(PCB))可安装在由台阶790限定的空间中。
尽管为了说明的目的已经公开了本发明的示例性的实施方式，但是本领域技术人员将会理解，在不背离所附权利要求所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可行的。
工业实用性
从以上描述显而易见的是，根据本发明的电池单元被配置成使电极组件包括具有不同形状和不同尺寸的电极部。因此，所述电池单元可被配置成具有与一般的矩形结构相当不同的新的结构。举例而言，所述电池单元可被配置成基于电极部之间尺寸的不同而具有不规则结构(诸如阶梯结构或凹陷结构)或基于电极部之间形状的不同而具有几何结构。因此，根据本发明的电池单元可容易地适应具有各种设计的装置的形状。
此外，在根据本发明的电池单元中，电池壳体在电池壳体的与外侧凹槽对应的位置处藉由热粘合被进一步密封以具有与外侧凹槽的区域对应的区域。因此，可改善电极组件的具有相对较低的密封力的外侧拐角的密封性。

Claims (24)

1.一种板形电池单元，所述板形电池单元包括电极组件和电池壳体，所述电极组件包括正极、负极和隔板，所述电极组件安装于所述电池壳体中，所述电池壳体的外边缘藉由热粘合而密封，其中
所述电极组件被配置成使具有相同极性的每一个电极板被分隔成具有不同平面形状和不同尺寸的至少两个电极部，
所述电极组件在所述电极组件的其中所述电极部的外边缘相互交叉的区域处设置有至少一个外侧拐角，在所述至少一个外侧拐角处所述外边缘以30度至150度的角度相互交叉，且
在所述电极板和所述隔板的每一者的与所述外侧拐角对应的区域中形成有外侧凹槽，使得所述外侧凹槽形成为向内凹陷。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述电池壳体进一步在所述电池壳体的与所述外侧凹槽对应的位置处藉由热粘合而密封，以具有与所述外侧凹槽的区域对应的区域。
3.根据权利要求2所述的电池单元，其中所述电池壳体包括：
密封的外边缘，所述密封的外边缘沿与之平行的所述电极组件的外边缘藉由热粘合被密封，但所述外侧凹槽处除外；和
密封的延伸部，在所述密封的延伸部的与所述外侧凹槽对应的位置处藉由热粘合而密封。
4.根据权利要求3所述的电池单元，其中所述电池壳体的所述密封的外边缘在所述电极组件的侧向方向上弯曲。
5.根据权利要求4所述的电池单元，其中弯曲的密封的外边缘之中邻近于所述外侧凹槽的所述密封的外边缘是在所述密封的外边缘之间的连接被朝所述密封的延伸部切断的状态下进行弯曲的。
6.根据权利要求3所述的电池单元，其中所述外侧凹槽向内凹陷的最大长度是邻近于所述外侧凹槽的各所述密封的外边缘的宽度的平均值的20％至400％。
7.根据权利要求1所述的电池单元，其中当从上方观察时，所述外侧凹槽具有：
圆形结构，包括曲线；
复合结构，包括相互连接的曲线和直线；或者
多边形结构，包括相互连接的多条直线。
8.根据权利要求1所述的电池单元，其中在所述外侧拐角处，所述电极部的所述外边缘以60度至120度的角度相互交叉。
9.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述电极组件包括：
第一电极部，所述第一电极部具有相对较大的平面尺寸；和
至少一个第二电极部，所述第二电极部具有比所述第一电极部的平面尺寸小的平面尺寸，所述第二电极部以与所述第一电极部一体地成形的状态垂直于所述第一电极部的边界线延伸，且其中
所述外侧凹槽形成于其中所述第一电极部的所述边界线与所述第二电极部的延伸区域相互垂直的外侧拐角中。
10.根据权利要求9所述的电池单元，其中在所述第一电极部和所述第二电极部中的每一者处形成有一个电极接片。
11.根据权利要求10所述的电池单元，其中所述电极接片形成于所述电极部的不与所述外侧拐角邻近的所述外边缘处。
12.根据权利要求10所述的电池单元，其中所述电极接片形成于所述电极部中的每一者的与所述外侧拐角邻近的所述外边缘处。
13.根据权利要求9所述的电池单元，其中在所述第一电极部和所述第二电极部中的每一者处形成有电极接片，且所述电极接片形成于所述电极部的所述外边缘处，但所述电极部的与所述外侧拐角邻近的所述外边缘处除外。
14.根据权利要求9所述的电池单元，其中在所述第一电极部或所述第二电极部处形成有电极接片，且所述电极接片形成于所述电极部的所述外边缘处，但所述电极部的与所述外侧拐角邻近的所述外边缘处除外。
15.根据权利要求9所述的电池单元，其中在所述第一电极部或所述第二电极部处形成有电极接片，且所述电极接片形成于所述电极部的与所述外侧拐角邻近的所述外边缘处。
16.根据权利要求9所述的电池单元，其中
所述电极组件进一步包括n(n≥1)个延伸电极部，所述n个延伸电极部所具有的平面尺寸小于所述第一电极部或所述第二电极部的平面尺寸，
所述延伸电极部中的一者，即第一延伸电极部，以与所述第一电极部或所述第二电极部一体地成形的状态垂直于所述第一电极部或所述第二电极部的边界线延伸，且
在其中所述边界线与所述第一延伸电极部相互垂直的外侧拐角中形成有外侧凹槽。
17.根据权利要求16所述的电池单元，其中，当n等于或大于2时，所述延伸电极部以与第(n-1)个延伸电极部一体地成形的状态垂直于邻近的第(n-1)个延伸电极部的边界线延伸，同时形成外侧凹槽。
18.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述电极组件被配置成具有如下结构：其中包括电极部和外侧凹槽的至少一个正极板与包括电极部和外侧凹槽的至少一个负极板在隔板设置于所述正极板与所述负极板之间的状态下向上堆叠。
19.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述电极组件被配置成具有在隔膜上布置有多个单元电池的结构，所述多个单元电池中的每一者被配置成具有如下结构：其中包括电极部和外侧凹槽的至少一个正极板与包括电极部和外侧凹槽的至少一个负极板在隔板设置于所述正极板与所述负极板之间的状态下向上堆叠，所述隔膜从所述隔膜的一端至另一端缠绕而使得所述单元电池在所述隔膜设置于相应的单元电池之间的状态下堆叠。
20.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述电池单元被配置成具有如下结构：其中电极引线在所述电极引线耦接至所述电极组件的电极接片的状态下穿过藉由热粘合而密封的所述电池壳体的所述外边缘的一些部分从所述电池壳体向外突出。
21.根据权利要求1所述的电池单元，其中
所述电池单元是不规则电池单元，所述不规则电池单元被配置成具有如下结构：其中所述电池单元的六个或更多个外边缘连接成当从上方观察时限定一个或多个台阶，且
所述电池单元的所述外边缘对应于藉由热粘合而密封的所述电池壳体的所述外边缘。
22.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述电池壳体是由包括树脂层和金属层的层压片制成的袋形电池壳体。
23.一种电池组，所述电池组包括一个或多个根据权利要求1至22中任一项所述的电池单元。
24.一种装置，所述装置包括根据权利要求23所述的电池组。
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