CN108140873B - 具有高柔性的电极组件以及包括该电极组件的电池单体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电极组件，其包括至少两个正极板和至少两个负极板，并具有其中分隔物被置于正极板和负极板之间的堆叠结构，其中该电极组件形成为其两侧上的端部以满足下面等式1的曲率半径(R)在相同方向上一起弯曲的结构：S[{1/ln(x/y)}*t]＝R(1)。在公式中，t是堆叠的电极组件的平均厚度(mm)；x是电极组件的水平长度；y是电极组件的竖直长度；S是10或更大的常数；并且ln(x/y)≥1。

Description

具有高柔性的电极组件以及包括该电极组件的电池单体
技术领域
本申请要求于2016年3月31日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0039145和于2016年6月1日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0068123的优先权和权益，它们的全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及具有高柔性的电极组件，并且更具体地涉及水平长度比竖直长度更长并由此具有弯曲形状的电极组件，以及包括该电极组件的电池单体。
背景技术
随着IT(信息技术)的惊人发展，各种便携式信息通信设备被普及，这导致发展成为在21世纪无论何时何地都能够提供高质量信息服务的泛在社会。
在发展成为这个泛在社会的基础中，锂二次电池占有重要地位。具体而言，可充放电的锂二次电池被广泛用作无线移动设备的能量源，以及用作电动汽车、混合动力电动汽车等的能量源，这些电动汽车、混合动力电动汽车等被提议作为解决使用化石燃料的现有汽油车辆、柴油车辆等的空气污染等的措施。
如上所述，随着应用锂二次电池的设备多样化，锂二次电池也在多样化，从而可以提供对于应用锂二次电池的设备适用的输出和容量。另外，强烈需要锂二次电池更小、更轻和更薄。
根据其形状，锂二次电池可以分为圆柱形电池单体、角形电池单体、袋形电池单体等，并且这些电池单体具有这样的结构，其中包括电极和分隔物的电极组件与电解液一起安装在电池壳体上。
同时，所述设备的设计可以不仅由长方体形状形成，并且可具有可弯曲的形状。例如，智能手机可以进行侧面曲线处理以改善抓握感，并且柔性显示器可以弯曲或屈曲，并制成各种形态。
由于被设计为具有曲面部分或者可以这样弯曲的设备在将具有特定形状的电池单体装入设备内部的空间中时有限制，所以，近来要求电池单体具有柔性特性，以便它可以容易地装入各种设计的设备中。
因此，目前高度需要可以响应具有各种形状的设备而灵活应用于所述设备的电极组件和电池单体。
发明内容
【技术问题】
本发明的目的是解决上述常规技术的问题以及过去所要求的技术挑战。
具体而言，本发明致力于提供一种电极组件，其优点在于通过水平长度比竖直长度相对更长而具有自然弯曲的形状，更确切地说以高柔性来响应更多样的设备形状，并且即使反复弯曲仍能保持与普通电极组件几乎相同的电池特性；以及提供一种包括该电极组件的电池单体。
此外，本发明致力于提供一种具有自然弯曲的形状并防止正极、分隔物和负极的位置彼此偏移或分离的问题的电极组件，以及提供一种包括该电极组件的电池单体。
【技术方案】
本发明的一示例性实施例提供了一种电极组件，其包括在分隔物中的每一个置于正极板和负极板之间的状态下层压的两个或更多个正极板和两个或更多个负极板，
其中电极组件的两侧端部以满足下面等式1的曲率半径(R)在相同方向上一起弯曲：
S[{1/ln(x/y)}*t]＝R (1)
其中t是卷绕式电极组件的平均厚度(mm)，x是电极组件的水平长度，并且y是电极组件的竖直长度，并且
S是10或更大的常数，并且ln(x/y)≥1。
S是考虑正极板和负极板的挠曲应力以及分隔物的弹力而确定的任意常数。
也就是说，根据本发明的电极组件的水平长度比竖直长度相对更长，从而具有其中水平的两侧端部沿相同方向弯曲的柔性结构，并因此可以应用于具有弯曲外形的设备、或者外形平坦但安装电池单体的部分的形状弯曲的设备。
具体而言，该常数可以是10或更大，优选是10至15。更优选地，该常数可以是11至14。在满足常数值时获得的曲率半径的限度内，电极组件保持电池特性(例如，容量保持率)几乎等于普通电极组件，同时即使在反复弯曲之后也不会破裂。
上述等式的曲率半径(R)是当电极组件在特定点处弯曲到最大值时的曲面半径，并且与曲率成反比。因此，随着曲率半径(R)变大，电极组件被弯曲成具有平缓的曲线，并且随着曲率半径(R)变小，电极组件被弯曲成具有尖锐的曲线。
因此，曲率半径(R)没有特别限制，只要电极组件不过度弯曲使得电极不因具有最大曲率的中央部分中的应力而断裂并且保持期望程度的弯曲形状即可，但是具体地，曲率半径(R)可以是5mm至40mm，优选5mm至20mm。
特别是，当曲率半径(R)小于5mm时，电极组件弯曲很大，使得电极可能因由层压的电极板形成的应力和由弯曲产生的应力而破裂，这不是优选的。
该曲率半径(R)由平均厚度(t)以及电极组件的水平长度(x)与竖直长度(y)的比率确定。
这里，电极组件的平均厚度(t)是指每个点处的平均厚度，作为正极板和负极板在分隔物置于两者间的状态下在层压方向上的长度。随着平均厚度(t)变大，容量增加，但曲率减小，因此考虑到正极板和负极板的应力、期望的容量和曲率，可以形成各种构造。
例如，当使用金属膜作为正极板和负极板中包括的集电体时，弯曲应力较高，因此各电极板的厚度可以为200μm或更小，而当使用弯曲应力较小的材料如金属无纺布、网或泡沫作为集电体时，各电极板可以具有400μm或更小的厚度。
将这些正极板和负极板在分隔物置于两者间的状态下进行层压，从而形成堆叠型电极组件，并且电极组件可以具有将正极板和负极板层压有限次数以确保柔性的结构。层压可以进行5次或更少次，具体地，厚度可以是2mm或更小，更具体地是0.2至1.8mm，但是不一定限于此。
更具体而言，根据本发明的电极组件可以具有这样的结构，其中第一外侧分隔物/正极/内侧分隔物/负极/第二外侧分隔物可以依次层压，并且分隔物可以至少部分结合，从而包括作为三重层具有完全围绕正极和负极的结构的分隔物。因此，即使在电极组件根据电池单体的变形形状而弯曲的情况下，与内侧分隔物、正极和负极结合的外侧分隔物抑制了电极的移动，从而防止了正极和负极的失配。
因此，在普通电极组件的形状根据电池单体的外形而变形的情况下，可以防止以下问题：正极、分隔物和负极由于使电极组件变形的外力和维持变形形状的应力而弯曲，从而脱位，或者正极和负极与分隔物分离，从而导致电池性能下降、或者由于内部短路而导致风险(诸如爆炸)增加。
同时，由于根据本发明的电极组件具有水平长度(x)比竖直长度(y)更长的结构，因此可以提供具有确保容量的预定厚度并确保柔性的电池单体。
具体而言，因为水平长度(x)与曲率半径(R)成反比，所以随着水平长度增加，曲率半径(R)变小，使得电极组件更弯曲，而随着水平长度减小，形成了大曲率半径(R)，使得电极组件可以具有相对平缓的弯曲形状。
具有这样的曲率半径的电极组件可以在相对于竖直长度上没有基于水平长度的附加外力的情况下自然形成，并且如果需要，可以通过预定外力引导为具有更精细尺寸的曲率半径。
因此，根据本发明的电极组件被引导为具有弯曲的形状可以被理解为是由于在弯曲状态下应力在具有相对较长长度的水平方向上分散所致。
根据具体实例，竖直长度(y)与水平长度(x)的比率(y:x)可以是1:3至1:50，具体是1:5至1:20，优选是1:5至1:10。
在超出上述范围的情况下，当水平长度小于竖直长度的三倍时，难以获得期望的柔性，而当水平长度大于竖直长度的50倍时，电极组件的刚性可能过度劣化，并且即使小的外力，也可能使电极组件的形状容易变形，并且随着这种反复变化过程，尽管外侧分隔物包围电极，也可能引起电极的破裂，因此，这样的情况不是优选的。
另外，电极组件具有的曲率半径可以取决于水平长度而增大或减小，因此，水平长度(x)可以是5mm至500mm，具体是10mm至300mm，更具体是20mm至200mm。
当水平长度(x)小于5mm时，可能无法期待由于应力分散效应带来的柔性，因此实现具有该曲率半径(R)的电极组件是困难的，并且即使在电极组件被强制变形以具有曲率半径(R)的情况下，可能因应力导致电极的破裂，因此不是优选的。
然而，当水平长度(x)大于500mm时，曲率半径(R)形成得小，使得电极组件可以弯曲很大，但反之，电极组件即使在来自外部的低外力下都可能容易变形，并且重复这种过程会引起电极破裂，这不是优选的。
然而，这样的情况并不仅仅由水平长度的数值决定，而是如上所述，还应该考虑与竖直长度的关系。
根据一个具体实例，在具有其中第一外侧分隔物/正极/内侧分隔物/负极/第二外侧分隔物依次层压的结构的电极组件中，包括粘合材料的粘合层被涂覆在每个分隔物的一侧或两侧外表面上，第一外侧分隔物通过粘合层与正极的面向第一外侧分隔物的第一正极表面结合，正极的第二正极表面、即第一正极表面的相反表面与内侧分隔物结合，内侧分隔物与负极的面向内侧分隔物的第一负极表面结合，并且负极的的第二负极表面、即第一负极表面的相反表面与第二外侧分隔物结合。
因此，在第一外侧分隔物、正极、内侧分隔物、负极以及第二外侧分隔物依次层压的状态下，将它们结合在彼此的一个表面上，从而防止正极、内部分隔物和负极的移动，由此防止电池性能劣化，并确保优异的安全性。
根据另一个具体实例，分隔物包括在平面上部和下部以及两侧部分的每一个上向外延伸超出正极和负极的尺寸的剩余部分，在剩余部分上，涂覆包括粘合材料的粘合层，第一外侧分隔物的剩余部分的至少一部分通过粘合层与内侧分隔物的第一表面的剩余部分结合，而作为内侧分隔物的第一表面相反表面的、内侧分隔物的第二表面的剩余部分与第二外侧分隔物的剩余部分的至少一部分结合。
如果需要，第一外侧分隔物的整个剩余部分与内侧分隔物的第一表面的整个剩余部分结合，并且内侧分隔物的第二表面的整个剩余部分与第二外侧分隔物的整个剩余部分结合。在此，由于剩余部分可以在平面的垂直方向上层压以匹配同一位置，并且分隔物的尺寸可以彼此相同或不同，当仅仅在这样的分隔物的剩余部分上涂覆包括粘合材料的粘合剂层时，面向外侧分隔物的正极表面和负极表面不包括附加的粘合材料，因此电池的操作性能相对优异。
根据另一个实例，由于第一外侧分隔物的剩余部分可以在未结合部分以规则间隔布置的情况下与内侧分隔物的第一表面的剩余部分结合，并且内侧分隔物的第二表面的剩余部分可以在未结合部分以规则的间隔布置的情况下与第二外侧分隔物的剩余部分结合，所以当分隔物包括未结合部分时，电极组件可以更容易浸渍在电解液中，因此这是优选的。
用于粘合内侧分隔物和外侧分隔物、以及内侧分隔物、外侧分隔物与电极的粘合材料没有明显限制。因此，由于用作电极粘合剂的材料可以用作粘合材料，粘合材料可以是例如，聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚乙烯醇(PVOH)、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-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯丁橡胶、氟橡胶、各种共聚物，最优选的是聚偏二氟乙烯(PVdF)。
同时，根据本发明的电极组件包括从正极板延伸的正极接线片，以及各自与从负极板延伸的负极接线片连接的正极引线和负极引线，电极引线的位置没有特别限制。
具体而言，根据一具体实例，电极组件可以具有这样的结构，其中正极引线和负极引线在与竖直长度(y)平行的方向上并排或以彼此相反的方向突出，或者在与水平长度(x)平行的方向上并排或以彼此相反的方向突出。
也就是说，本发明的电极组件具有高柔性，但不受电极引线的位置的限制，因此可以以更多种形式安装在更多种装置上。
本发明的另一种实施例提供了一种电池单体，其具有这样的结构，其中电极组件与电解液一起储存在可变电池壳体中，
其中电极组件和电池壳体的在彼此面对的位置处的两侧端部以相同方向一起弯曲，从而在电池单体的外表面上形成曲面。
电池单体的类型没有特别限制，然而，作为具体实例，可以是具有例如高能量密度、高放电电压和高输出稳定性等优点的锂二次电池，例如锂离子(Li离子)可再充电电池、锂聚合物(Li-聚合物)可再充电电池、或锂离子聚合物(Li-离子聚合物)可再充电电池。
一般而言，锂二次电池包括正极、负极、分隔物和含锂盐的非水电解液。
正极例如通过如下方式制造：涂覆正极活性材料、导电剂和粘合剂的混合物，并将其干燥，并且根据需要，还向混合物中添加填充剂。
正极集电体一般被制造成厚度为3至500μm。这些正极集电体没有特别限制，只要它不会引起电池内的化学变化并且具有高导电性即可，例如可以使用不锈钢、铝、镍、钛、煅烧碳、或者用碳、镍、钛、银等表面处理的铝或不锈钢。正极集电体可以通过在其表面上形成微细的凹凸而增加正极活性材料的粘附力，并且可以形成为各种形态，例如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体、无纺布体等。
所述正极活性材料可以包括层状化合物或用一种或多种过渡金属取代的化合物，例如钴酸锂(LiCoO2)和镍酸锂(LiNiO2)；锂锰氧化物，例如化学式Li1+xMn2-xO4(其中x是0-0.33)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2等；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物例如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5和Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，并且x＝0.01-0.3)表示的Ni-位型锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，并且x＝0.01-0.1)或Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；LiMn2O4，其中Li在所述化学式中被碱土金属离子部分取代；二硫化物化合物；Fe2(MoO4)3，等等，但不限于此。
基于包括所述正极活性材料的混合物的总重量，所述导电剂通常以1至30重量％添加。这种导电剂没有特别的限制，只要它不引起电池中的化学变化并具有导电性即可，例如，石墨，如天然石墨或人造石墨；炭黑，如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑和夏黑；导电纤维，如碳纤维或金属纤维；金属粉末如氟化碳、铝和镍粉；导电晶须，如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，如氧化钛；导电性材料，如聚亚苯基，等等。
粘合剂是协助将活性材料与导电剂等粘合、并粘合以集电体的组分，并且基于包括正极活性材料的混合物的总重量，通常以1至30wt％添加。
然而，由于根据本发明的电极组件具有高柔性，因此优选的是，相对于电极混合物的总重量，粘合剂的含量为3wt％或更多，使得混合物层在形状变形过程中不分离。
作为这种粘合剂的实例，可以列举聚偏二氟乙烯、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-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯丁橡胶、氟橡胶、各种共聚物等。
填充剂是抑制正极膨胀的组分，并且任选使用。它没有特别限制，只要它不在电池中引起化学变化并且是纤维状材料即可，例如，可以使用烯烃基聚合物，如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维状材料，如玻璃纤维和碳纤维。
负极通过如下方式制造：在负极集电体上涂覆负极活性材料，并将其干燥，并且如果需要，还可以任选地包括上述组分。
负极集电体一般制成3至500μm的厚度。该负极集电体没有特别限制，只要它们在电池中不引起化学变化并具有导电性即可，例如，可以使用铜、不锈钢、铝、镍、钛、煅烧碳、或者用碳、镍、钛、银等表面处理的铜或不锈钢，可以使用铝-镉合金等。另外，如同正极集电体那样，可以通过在其表面上形成微细的凹凸来提高所述负极活性材料的粘合力，并且可以使用各种形态，例如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体、无纺布体等。
作为负极活性材料，例如可以使用：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)、SnxMe1-xMe’yOz(Me：Mn、Fe、Pb或Ge；Me’：Al、B、P、Si、元素周期表第1、2和3族元素、或卤素；0<x≤1；1≤y≤3；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，等等。
所述分隔物置于正极和负极之间，并使用具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜。分隔物的孔径通常为0.01-10μm，并且厚度通常为5-300μm。作为这种分隔物，例如，可以使用：烯烃基聚合物，如耐化学性且疏水性的聚丙烯；由玻璃纤维、聚乙烯等制备的片材或无纺布。当使用固体电解质例如聚合物作为电解质时，所述固体电解质也可以用作分隔物。
所述电解液可以是含锂盐的非水电解液，并且由非水电解液和锂盐组成。作为非水电解液，使用非水有机溶剂、有机固体电解质、无机固体电解质等，但不限于此。
作为非水有机溶剂，例如，可以使用非质子有机溶剂，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-咪唑啉酮、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。
作为有机固体电解质，例如，可以使用包括聚乙烯衍生物、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、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯、离子解离基团等的聚合物。
作为无机固体电解质，例如，可以使用Li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、Li3PO4-Li2S-SiS2等。
所述锂盐是易溶于所述非水电解质中的材料，例如，可以使用LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂肪族碳酸锂、4-苯基硼酸锂、酰亚胺等。
另外，为了改善充/放电特性、阻燃性等，可以向所述非水电解液添加，例如，吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环状醚、乙二胺、正甘醇二甲醚、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代噁唑烷酮、N,N-取代咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝等。如果需要，可以进一步包括含卤素溶剂如四氯化碳和三氟化乙烯以赋予不燃性，并且可以进一步包括二氧化碳气体以改善高温储存特性，并且还可以包括FEC(氟代碳酸亚乙酯)、PRS(丙烯磺内酯)等。
根据一个具体实例，将锂盐如LiPF6、LiClO4、LiBF4和LiN(SO2CF3)2添加到作为高置电溶剂的环状碳酸酯EC或PC和作为低粘度溶剂的线性碳酸酯DEC、DMC或EMC的混合溶剂中，由此制备含锂盐的非水电解质。
附图说明
图1是示意性示出根据本发明示例性实施例的电极组件的透视图；
图2是示意性地示出图1的电极组件的侧视图；
图3是示意性示出根据本发明另一示例性实施例的电极组件的透视图；
图4是示意性示出根据本发明另一示例性实施例的电极组件的透视图；
图5是根据本发明示例性实施例的电池单体的示意图；
图6是表示实例1和2以及对比实例1和2的容量保持率和电阻增加率的图；
图7是图1的电极组件沿方向A截取的截面图；
图8是示意性示出根据本发明另一示例性实施例的电极组件的正面透视图；
图9是示意性示出根据本发明另一示例性实施例的电极组件的正面透视图；
图10是表示实例3和对比实例3的容量保持率和电阻增加率的图。
具体实施方式
以下，将参照本发明的示例性实施例的附图来描述本发明，然而，描述是为了更容易理解本发明，并且本发明的范围不限于此。
图1和图2示出了示意性地表示根据本发明示例性实施例的电极组件的透视图和侧视图。
参照图1，电极组件100具有层压结构，其中分隔物被置于正极板和负极板之间，其中正极引线101和负极引线102在与竖直长度(y)平行的方向上并排突出。
电极组件100还具有等于或大于竖直长度(y)的大约三倍的水平长度(x)。
参照图2以及图1，即使在电极组件100的在水平方向上的两侧端部分相同地弯曲的情况下，应力也分散在相对较长的水平方向上。因此，电极组件100可以确保高柔性，并且如果需要，可以通过施加外力来调整曲率半径(R)。
在本发明中，如图2所示，曲率半径(R)是相对垂直截面上的电极组件100的厚度的、基于粗虚线指示的近似平均位置。粗虚线中的曲率半径(R)对应于通过电极组件100中的最弯曲表面的延伸而绘制的虚拟圆的半径。
随着曲率半径(R)增加，电极组件具有平缓的曲线，并且随着曲率半径(R)减小，电极组件弯曲以具有尖锐的曲线。
也就是说，电极组件100可以被弯曲以具有曲率半径(R)，并且该曲率半径(R)满足以下等式1：
S[{1/ln(x/y)}*t]＝R (1)
其中t是层压的电极组件的平均厚度(mm)，x是电极组件的水平长度，并且y是电极组件的竖直长度，并且
S是10或更大的常数，并且ln(x/y)≥1。
在此，S是考虑正极板和负极板的挠曲应力以及分隔物的弹力而确定的任意常数。
在此，电极组件100的平均厚度(t)对应于在正极板和负极板的层压方向上的长度。当正极板和负极板的类型和厚度固定时，本发明的曲率半径(R)是由电极组件100的水平长度(x)和竖直长度(y)的比率决定的，特别是，随着水平长度加长，电极组件100由于应力分散而容易弯曲，因此，电极组件可以具有比较高的弯曲程度，即低曲率半径。
另外，随着水平长度变短，应力的分散程度越低，因此，电极组件100可以具有高曲率半径，使它具有比较平缓的弯曲形状。
公式化的曲率半径(R)是不会引起弯曲的电极组件110中不希望的缺陷(例如，短路或扭曲)的优选尺寸，并且用以维持更稳定弯曲形状的曲率半径(R)可以使用电极组件100的水平长度和竖直长度以及本发明中提供的等式1来计算。
因此，本发明通过基于上面的等式1计算允许维持更稳定弯曲形状的相应的优选曲率，提供了具有优选曲率半径的电极组件100。
图3和图4示意性地示出了根据本发明另一示例性实施例的电极组件的透视图。
与图1相比，图3和图4表示了以不同方式设置的电极引线。具体而言，在图3的电极组件200中，正极引线和负极引线在与水平长度(x)平行的方向上并排突出，而在图4的电极组件300中，正极引线和负极引线在与水平长度(x)平行的方向上以彼此相反的方向突出。
也就是说，在根据本发明的电极组件中，正极引线和负极引线的位置可以自由调节，因此电极组件可以以更多种形式安装在更多种装置上。
图5示意性地示出了根据本发明示例性实施例的电池单体。
参照图5，电池单体400具有其中图1的电极组件100与电解液一起储存在可变电池壳体中的结构。
另外，电池单体400具有下述结构：其中电极组件100和电池壳体在彼此面对的位置处的两侧端部以相同方向一起弯曲，从而在电池单体的外表面上形成曲面。
图6是表示实例1和2以及对比实例1和2的容量保持率和电阻增加率的图。
参照图6，确认满足常数值S为10或更大的实例1和2显示出与对比实例1和2相比更好的容量保持率，同时电阻增加率并不高。
图7示出了图1的电极组件沿方向A截取的横截面图。
参照图7，电极组件500包括一个正极520、一个负极540和三重分隔物510、530和550，并因此当电极组件弯曲时，可以防止正极520和负极540的失配或者与内侧分隔物530的分离。具体而言，电极组件500的三重分隔物510、530和550由第一外侧分隔物510、内侧分隔物530和第二外侧分隔物550构成，并且正极520布置在第一外侧分隔物510和内侧分隔物530之间，而负极540布置在内侧分隔物530和第二外侧分隔物550之间。
在此，随着电极组件的平均厚度(t)、即在电极组件500的层压方向上的长度的增大，容量增加，但柔性降低，因此正极520和负极540可以考虑到要施加的应力、期望的容量和柔性而进行各种构造。例如，在使用金属薄膜作为集电体的情况下，正极520和负极540可以分别构造成具有200μm或更小的厚度，并且在使用诸如金属无纺布、网或泡沫的情况下，正极520和负极540可以分别构造成具有400μm或更小的厚度。
另外，包括粘合材料的粘合层501可以涂覆在三重分隔物510、530和550中每一个的一侧或两侧外表面上，其中第一外侧分隔物510与正极520的面向第一外侧分隔物510的第一正极表面结合，内侧分隔物530与正极520的第二正极表面、即第一正极表面的相反表面结合，内侧分隔物530与负极540的面向内侧分隔物530的第一负极表面结合，并且负极540的第二负极表面、即第一负极表面的相反表面与第二外侧分隔物550结合。
因此，通过使三重分隔物510、530和550与正极520和负极540结合，可以制造防止性能劣化并表现出优异稳定性的电极组件500。
图8和图9示意性地示出了根据本发明另一示例性实施例的电极组件的侧视图和正视图。
参照图8和9，三重分隔物具有在平面上部和下部以及两侧部分的每一个上向外延伸超出正极620和负极730的尺寸的剩余部分，在这些剩余部分610和710上，涂覆包括粘合材料的粘合层。也就是说，第一外侧分隔物的剩余部分610和710的至少一部分通过粘合层与内侧分隔物的第一表面的剩余部分610和710结合，而内侧分隔物的第二表面、即内侧分隔物的第一表面的相反表面的剩余部分610和710与第二外侧分隔物的剩余部分610和710的至少一部分结合。
更具体而言，三重分隔物的第一外侧分隔物的整个剩余部分610与内侧分隔物的第一表面的整个剩余部分610结合，并且内侧分隔物的第二表面的整个剩余部分610与第二外侧分隔物的整个剩余部分610结合。在此，剩余部分610可以层压为在平面的垂直方向上在相同位置处匹配，并且分隔物的尺寸可以相同或不同。
根据另一示例性实施例，第一外侧分隔物的剩余部分710在未结合部分720以规则的间隔布置的情况下与内侧分隔物的第一表面的剩余部分710结合，并且内侧分隔物的第二表面的剩余部分710与第二外侧分隔物的剩余部分710结合，第二外侧分隔物的剩余部分710包括在与第一外侧分隔物和内侧分隔物的未结合部分720对应的位置处形成的未结合部分720。
因此，本发明提供了电极组件600和700，其确保适当的稳定性，并通过优异的锂迁移率而具有改善的性能。
因此，在具有弯曲外形的设备或其中安装电池的部分的形状弯曲的设备中，当安装具有沿一个轴方向形成的曲面的电池单体时，形成紧密接触结构，从而可以将不必要的空间浪费减至最小，由此允许开发出有效且具有根据消费者喜好的各种设计的设备。
本发明将在下面的实验例中更详细地描述，但不受限于此。
<实例1>
以如下方式制造袋型电池单体：制造具有正极、负极和置于两者间的分隔物的结构的电极组件，使得水平长度(x)与竖直长度(y)之比)为2.72，并且其厚度为1.24mm；将电极组件与电解液一起储存在袋型电池壳体中；并且密封袋型壳体。
<实例2>
除了将电极组件制成厚度为1.35mm之外，以与实例1相同的方式制造电池单体。
<实例3>
以与实例1相同的方式制造电池单体，不同之处在于：依次层压第一外侧分隔物/正极/内侧分隔物/负极/第二外侧分隔物；制成厚度为1.28mm的电极组件；并且将面对彼此的分隔物和电极的各表面结合。
<对比实例1>
除了将电极组件制成厚度为2.46mm之外，以与实例1相同的方式制造电池单体。
<对比实例2>
除了将电极组件制成厚度为2.65mm之外，以与实例1相同的方式制造电池单体。
<对比实例3>
以与实例1相同的方式制造电池单体，不同之处在于：以正极/分隔物/负极的顺序制造电极组件；并且分别将正极和分隔物的一个表面与负极和分隔物的另一个表面结合。
<试验实例1>
测量根据实例1至3以及对比实例1至3的电池单体的初始容量，并且测量以根据下表1中所示的常数值获得的曲率半径反复弯曲各电池单体之后的容量，从而计算容量保持率。
(表1)
R(曲率半径) S(常数)
实例1 15 12.10
实例2 15 12.40
实例3 15 11.72
对比实例1 15 6.10
对比实例2 15 7.50
对比实例3 15 12.10
(表2)
Figure GDA0002739185940000191
<试验实例2>
测量根据实例1至3以及对比实例1至3的电池单体的电池电阻值，并且测量以根据下表1中所示的常数值获得的曲率半径反复弯曲各电池单体之后的电阻值，从而计算与弯曲之前的电阻值相比的电阻增加率。
(表3)
Figure GDA0002739185940000201
如上表2所示，根据实例1和2的电池单体即使在以满足等式1的曲率半径反复弯曲之后，与弯曲之前的容量相比仍维持高容量保持率，而对比实例1和2的容量保持率在弯曲6,000次后迅速降低。由此可以看出，实例1和2的电极组件具有高柔性和优异的电池性能。
另外，确认了实例3的电池单体与对比实例3的电池单体相比，维持容量保持率无显著改变，并且特别是，即使在弯曲12,000次之后仍维持优异的容量保持率，而此时对比实例3的电池单体的容量保持率迅速降低。
如上述表3所示，证实根据实例1和2的电池单体没有高电阻增加率并维持类似的电阻增加率，然而，根据对比实例1和2的电池单体与实例相比，在弯曲6,000次后维持高电阻增加率。
可以确认，对比实例3的电池单体在弯曲8,000次后具有快速增加的电阻增加率，而实例3的电池单体的电阻在弯曲高达14,000次后没有显着增加。
基于以上描述，本发明所属领域的普通技术人员可以在本发明范围内进行各种应用和修改。
【工业实用性】
如上，根据本发明的电极组件和电池单体的水平长度比竖直长度相对更长，从而被弯曲预定的曲率半径并且电极引线的位置没有限制，因此可以被多样地应用于具有弯曲外形的设备或者外形平坦但安装电池单体的部分的形状弯曲的设备。

Claims (14)

1.一种电极组件，所述电极组件包括两个或更多个正极板和两个或更多个负极板，所述正极板和所述负极板以分隔物中的每一个被置于所述正极板和负极板之间的状态进行层压，
其中，所述电极组件的两侧端部以满足下面等式1的曲率半径(R)在相同方向上一起弯曲：
S[{1/ln(x/y)}*t]＝R (1)
其中，R是所述电极组件的弯曲部的曲率半径(mm)，t是层压的电极组件的平均厚度(mm)，x是所述电极组件的水平长度(mm)，并且y是所述电极组件的竖直长度(mm)，并且
S是10或更大的常数，并且ln(x/y)≥1。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述曲率半径(R)是5mm至40mm。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述水平长度(x)是5mm至500mm。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，正极引线和负极引线在与所述竖直长度(y)平行的方向上并排或以彼此相反的方向突出，或者正极引线和负极引线在与所述水平长度(x)平行的方向上并排或以彼此相反的方向突出。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述层压的电极组件的平均厚度(t)为0.2mm至1.8mm。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其中，常数S是10至15。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述电极组件包括正极、负极以及第一外侧分隔物、内侧分隔物和第二外侧分隔物，所述正极、所述负极及被置于所述正极和所述负极之间的所述内侧分隔物在所述第一外侧分隔物和所述第二外侧分隔物之间交替地顺序层压，并且
所述第一外侧分隔物的一部分表面或整个表面与所述正极的、面向所述第一外侧分隔物的第一正极表面结合，所述内侧分隔物与所述正极的第二正极表面结合，所述内侧分隔物与所述负极的、面向所述内侧分隔物的第一负极表面结合，所述负极的第二负极表面与所述第二外侧分隔物结合。
8.根据权利要求7所述的电极组件，其中，所述正极、所述负极以及所述第一外侧分隔物、所述内侧分隔物和所述第二外侧分隔物以所述第一外侧分隔物/所述正极/所述内侧分隔物/所述负极/所述第二外侧分隔物的顺序层压，
包括粘合材料的粘合层被涂覆在所述第一外侧分隔物、所述内侧分隔物和所述第二外侧分隔物的外表面上，所述第一外侧分隔物通过所述粘合层与所述正极的面向所述第一外侧分隔物的第一正极表面结合，
所述正极的第二正极表面与所述内侧分隔物结合，所述正极的所述第二正极表面是所述第一正极表面的相反表面，所述内侧分隔物与所述负极的面向所述内侧分隔物的第一负极表面结合，并且所述负极的第二负极表面与所述第二外侧分隔物结合，所述负极的所述第二负极表面是所述第一负极表面的相反表面。
9.根据权利要求7所述的电极组件，其中，所述第一外侧分隔物、所述内侧分隔物和所述第二外侧分隔物具有在平面上部和下部以及两侧部分的每一个上向外延伸超出所述正极和所述负极的尺寸的剩余部分，包括粘合材料的粘合层涂覆在具有比所述正极和所述负极的尺寸大的尺寸的所述第一外侧分隔物、所述内侧分隔物和所述第二外侧分隔物的剩余部分上，所述第一外侧分隔物的剩余部分的至少一部分通过所述粘合层与所述内侧分隔物的第一表面的剩余部分结合，并且
所述内侧分隔物的第二表面的剩余部分与所述第二外侧分隔物的剩余部分的至少一部分结合，所述内侧分隔物的所述第二表面是所述第一表面的相反表面。
10.根据权利要求9所述的电极组件，其中，所述第一外侧分隔物的剩余部分在未结合部分以规则的间隔布置的情况下与所述内侧分隔物的所述第一表面的剩余部分结合，并且所述内侧分隔物的所述第二表面的剩余部分能够在未结合部分以规则的间隔布置的情况下结合到所述第二外侧分隔物的剩余部分。
11.根据权利要求9所述的电极组件，其中，所述第一外侧分隔物的剩余部分与所述内侧分隔物的所述第一表面的整个剩余部分结合，并且所述内侧分隔物的所述第二表面的剩余部分与所述第二外侧分隔物的整个剩余部分结合。
12.根据权利要求8或9所述的电极组件，其中，所述粘合材料是选自由聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚乙烯醇(PVOH)、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、磺化EPDM、苯丁橡胶、氟橡胶和各种共聚物组成的组中的一种或两种。
13.根据权利要求12所述的电极组件，其中，所述共聚物包括乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)。
14.一种电池单体，所述电池单体具有如下结构，即：根据权利要求1所述的电极组件与电解液一起被储存在可变的电池壳体中，
其中，所述电极组件和所述电池壳体的在彼此面对的位置处的两侧端部以相同方向一起弯曲，从而在所述电池单体的外表面上形成曲面。
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