CN108475826A - 交叉编织的电极组件 - Google Patents

Abstract

电极组件包括具有正电极和负电极的电极对，将所述正电极和负电极交叉布置并且每个在以连续的方式交叉编织在一起的同时被z折叠。电极组件包括电极堆叠，在所述电极堆叠中正电极的部分沿着堆叠轴堆叠以便与负电极的部分交替。

Description

交叉编织的电极组件

1. 技术领域

本发明涉及用于能量存储设备的电极组件，所述电极组件包括z折叠的正电极和负电极的交叉编织布置，其中正电极与负电极交织使得正电极的长向轴垂直于负电极的长向轴。

2. 背景技术

电池组为范围从便携式电子器件到可再生电力系统以及环保车辆的各种技术提供电力。例如，混合电动车辆结合内燃机使用电池组和电动机来提高燃料效率。电池组由多个电化学电池单元形成。电池单元被布置成二或三维阵列并且被电气地串联或并联连接。

已经出现不同电池单元类型以便应对各种各样安装情形的空间要求，并且用于车辆中最常见的类型是圆柱形电池单元、棱形电池单元和软包电池单元。不论电池单元类型如何，每个电池单元包括电极组件，所述电极组件连同电解质被密封在电池单元外壳内以形成发电和蓄电单元。电极组件可以包括被中间分离器板分离的正电极和负电极元件的交替布置，并且可以被以各种配置提供，包括个体片的堆叠布置、将延长电极对缠绕成果冻卷布置或者将延长电极对z折叠成堆叠布置的近似。

如（设置在电池单元内的电极组件的容积）与（电池单元外壳的容积）的比率所确定的电池单元的能量产生容积效率相对低。例如，一些具有果冻卷电极组件的圆柱形电池单元容积效率可能是百分之80至90，并且一些具有果冻卷电极组件的棱形电池单元容积效率可能是百分之60-75。传统上，具有个体电极板的堆叠布置的棱形或软包型电池单元可以比具有果冻卷布置的电池单元容积效率更高，但是堆叠布置的制造更困难且易于出错，并因此比果冻卷布置的制造更昂贵。尽管z折叠解决堆叠布置的一些制造缺点，但由于向电极单侧应用活性材料，一些z折叠电极组件具有相对低的能量产生容量。因此，期望提高电池单元的能量产生容积效率而同时采用相对低成本的电极组件。

发明内容

在一些方面中，电极组件包括正电极，以及与正电极交叉编织的负电极。正电极和负电极中的一个被设置在第一分离器和第二分离器之间以形成阿尔法电极，并且正电极和负电极中的另一个形成贝塔电极。以一系列z折叠来布置阿尔法电极，其中阿尔法电极在第一方向上关于平行于第一折叠轴的轴折叠使得阿尔法电极的第二部分覆盖阿尔法电极的第一部分，以及在第二方向上关于平行于第一折叠轴的另一个轴折叠使得阿尔法电极的第三部分覆盖阿尔法电极的第一部分。第一方向与第二方向相反，并且阿尔法电极的第一部分、阿尔法电极的第二部分以及阿尔法电极的第三部分以限定堆叠轴的堆叠配置被布置。此外，以一系列z折叠来布置贝塔电极，其中贝塔电极在第三方向上关于平行于第二折叠轴的轴折叠使得贝塔电极的第二部分覆盖贝塔电极的第一部分，以及在第四方向上关于平行于第二折叠轴的另一个轴折叠使得贝塔电极的第三部分覆盖贝塔电极的第一部分。第三方向与第四方向相反，并且第二折叠轴垂直于第一折叠轴和堆叠轴。阿尔法电极的z折叠与贝塔电极的z折叠编织使得贝塔电极的第一、第二和第三部分沿着堆叠轴堆叠以便与阿尔法电极的第一、第二和第三部分交替。

电极组件可以包括以下特征的一个或多个：阿尔法电极和贝塔电极每个具有薄、细长形状并且包括对应于伸长方向的长向维度、在垂直于长向维度的方向上并且小于长向维度的宽维度、以及在垂直于长向和宽维度两者的方向上的厚维度。厚维度小于宽维度，第一折叠轴垂直于阿尔法电极的长向维度，并且第二折叠轴垂直于贝塔电极的长向维度。正电极包括由第一导电材料形成的第一衬底，正电极具有设置在第一衬底的两侧上的第一活性材料，并且负电极包括由第二导电材料形成的第二衬底，负电极具有设置在第二衬底的两侧上的第二活性材料。第一导电材料与第二导电材料不同，并且第一活性材料与第二活性材料不同。沿着第一衬底的整个长度提供第一活性材料使得正电极的长向边沿与第一活性材料之间存在空间，借此沿着正电极的每个长向边沿提供裸衬底的正清洁道，并且沿着第二衬底的整个长度提供第二活性材料使得负电极的长向边沿与第二活性材料之间存在空间，借此沿着负电极的每个长向边沿提供裸衬底的负清洁道。正清洁道被周期性地开凹口使得沿着正电极的长向边沿在相邻凹口之间形成正突片，并且负清洁道被周期性地开凹口使得沿着负电极的长向边沿在相邻凹口之间形成负突片。阿尔法电极的突片突出超过第一分离器和第二分离器。正电极的一个长向边沿上的正突片沿着长度方向从正电极的相反长向边沿的正突片偏移，并且负电极的一个长向边沿上的负突片沿着长度方向从负电极的相反长向边沿的负突片偏移。

电极组件还可以包括以下附加特征的一个或多个：阿尔法电极和贝塔电极中的每个的长向边沿被周期性地开凹口并且沿着长向边沿在相邻凹口之间形成突片。突片是导电的并且没有活性材料。阿尔法电极和贝塔电极中的每个的相反长向边沿被周期性地开凹口并且沿着长向边沿在相邻凹口之间形成突片，并且对于阿尔法电极和贝塔电极中的每个，一个长向边沿上的凹口沿着长度方向从相反长向边沿的凹口偏移。突片是导电的并且没有活性材料。阿尔法电极的突片突出超过第一分离器和第二分离器。正电极和负电极中的另一个没有分离器。

在一些方面中，电极组件包括正电极和负电极。正电极和负电极中的一个被设置在第一分离器和第二分离器之间以形成绝缘电极。以z折叠关于平行于第一轴的第一折叠线来布置绝缘电极，以z折叠关于平行于第二轴的第二折叠线来布置正电极和负电极中的另一个，并且第二轴垂直于第一轴。绝缘电极与正电极和负电极中的另一个交叉编织，使得绝缘电极在相邻的第一折叠线之间的部分与正电极和负电极中的另一个在相邻的第二折叠线之间的部分以交替的方式堆叠以形成这些部分的组件，所述组件沿着垂直于第一轴和第二轴两者的第三轴堆叠。

在一些方面中，电化学电池单元包括电池单元外壳和被设置在电池单元外壳内的电极组件。电极组件包括正电极和负电极。正电极和负电极中的一个被设置在第一分离器和第二分离器之间以形成阿尔法电极，并且正电极和负电极中的另一个形成贝塔电极。以一系列z折叠来布置阿尔法电极，其中阿尔法电极在第一方向上关于平行于第一折叠轴的轴折叠使得阿尔法电极的第二部分覆盖阿尔法电极的第一部分，以及在第二方向上关于平行于第一折叠轴的另一个轴折叠使得阿尔法电极的第三部分覆盖阿尔法电极的第一部分。第一方向与第二方向相反，并且阿尔法电极的第一部分、阿尔法电极的第二部分以及阿尔法电极的第三部分以限定堆叠轴的堆叠配置被布置。此外，以一系列z折叠来布置贝塔电极，其中贝塔电极在第三方向上关于平行于第二折叠轴的轴折叠使得贝塔电极的第二部分覆盖贝塔电极的第一部分，以及在第四方向上关于平行于第二折叠轴的另一个轴折叠使得贝塔电极的第三部分覆盖贝塔电极的第一部分。第三方向与第四方向相反，并且第二折叠轴垂直于第一折叠轴和堆叠轴。阿尔法电极的z折叠与贝塔电极的z折叠编织，使得贝塔电极的第一、第二和第三部分沿着堆叠轴堆叠以便与阿尔法电极的第一、第二和第三部分交替。

在一些方面中，提供形成包括正电极和负电极的电极组件的方法。所述方法包括将正电极和负电极中的一个设置在第一分离器和第二分离器之间以形成阿尔法电极，并且使用正电极和负电极中的另一个来形成贝塔电极。所述方法包括以第一系列的z折叠来布置阿尔法电极，并且在以第一系列的z折叠来布置阿尔法电极的同时还以第二系列的z折叠来布置贝塔电极，第二系列的z折叠与第一系列的z折叠交织以提供电极堆叠，在所述电极堆叠中贝塔电极的部分沿着堆叠轴堆叠以便与阿尔法电极的部分交替。

所述方法可以包括以下特征和/或方法步骤中的一个或多个：以第一系列的z折叠来布置阿尔法电极的步骤包括布置阿尔法电极使得第一系列的z折叠中的每个z折叠包括在第一方向上关于平行于第一折叠轴的轴折叠阿尔法电极使得阿尔法电极的第二部分覆盖阿尔法电极的第一部分，以及在第二方向上关于平行于第一折叠轴的另一个轴折叠阿尔法电极使得阿尔法电极的第三部分覆盖阿尔法电极的第一部分。第一方向与第二方向相反，并且阿尔法电极的第一部分、阿尔法电极的第二部分以及阿尔法电极的第三部分以限定堆叠轴的堆叠配置被布置。以第二系列的z折叠来布置贝塔电极的步骤包括布置贝塔电极使得第二系列的z折叠中的每个z折叠包括在第三方向上关于平行于第二折叠轴的轴折叠贝塔电极使得贝塔电极的第二部分覆盖贝塔电极的第一部分，以及在第四方向上关于平行于第二折叠轴的另一个轴折叠贝塔电极使得贝塔电极的第三部分覆盖贝塔电极的第一部分。第三方向与第四方向相反，并且第二折叠轴垂直于第一折叠轴和堆叠轴。将第二系列的z折叠与第一系列的z折叠交织提供电极堆叠，在所述电极堆叠中贝塔电极的第一、第二和第三部分沿着堆叠轴堆叠以便与阿尔法电极的第一、第二和第三部分交替。阿尔法电极和贝塔电极每个具有薄、细长形状并且包括对应于伸长方向的长向维度、在垂直于长向维度的方向上并且小于长向维度的宽维度、以及在垂直于长向和宽维度两者的方向上的厚维度，厚维度小于宽维度，并且布置阿尔法电极和布置贝塔电极的步骤包括将阿尔法电极和贝塔电极取向为使得阿尔法电极的长向维度垂直于贝塔电极的长向维度。在布置阿尔法电极和布置贝塔电极的步骤之前，堆叠阿尔法电极和贝塔电极中的每个的第一部分使得阿尔法电极的长向边沿在垂直于贝塔电极的长向边沿的方向上延伸。

有利地，包括具有交叉编织的z折叠配置的电极组件的电池单元是有利的，这是由于它提供与堆叠板电极配置相似的容积效率，同时由于用于形成交叉编织z折叠电极配置的方法是连续的过程而相对于堆叠板配置具有制造优势。特别地，用于形成交叉编织z折叠电极配置的制造过程比用于形成堆叠板电极配置的制造过程更快并且成本更低。

用于形成交叉编织z折叠电极配置的正电极和负电极每个包括衬底，所述衬底具有设置在衬底的两侧上的活性材料。这可以与用于形成z折叠电极配置的一些电极相比较，所述一些电极具有包括只在一侧上设置的活性材料的衬底。因此，交叉编织z折叠电极组件提供两倍于这类单侧z折叠电极组件的容量。

附图说明

图1是包括软包电池单元阵列的电池组的分解透视图。

图2是软包电池单元的透视图。

图3是图2的软包电池单元如跨图2的线3-3所见的示意性横截面视图。

图4是电极组件的透视图。

图5是正（贝塔）电极的透视图。

图6是图5的电极如沿着线6-6所见的横截面视图。

图7是负电极的透视图。

图8是图7的电极如沿着线8-8所见的横截面视图。

图9是以扇形散开配置的阿尔法电极的透视图，示出了设置在分离器对之间的负电极。

图10是以堆叠配置的阿尔法电极的透视图，包括设置在分离器对之间的负电极。

图11是图10的电极如沿着线11-11所见的横截面视图。

图12是电极组件的示意性透视图，其中为了清楚省略了分离器。

图13是包括分离器的电极组件的一角的放大透视图。

图14是用于作为图15的图例使用的电极组件的透视图。

图15是图14的电极组件由区域A标识的部分的透视图。

图16是图示形成电极组件的方法的流程图。

图17和18图示了用于形成电极组件的电极的交织和z折叠。

具体实施方式

参考图1-4，用于提供电力的电池组1包括电化学电池单元20的阵列，所述电化学电池单元20的阵列被电气地互连并存储在电池组外壳2内。电池组外壳2包括容器部分3和可拆分盖4。电池单元20是包括电极组件40（图3）的锂离子软包电池单元，所述电极组件40连同电解质（例如，有机溶剂中的锂盐）被密封在电池单元外壳22内以形成发电和蓄电单元。在一些实施例中，可以将电池单元20的组捆在一起以形成电池模块（未示出），进而将其存储在电池组外壳2内。然而，在图示的实施例中，电池单元20未被捆成模块并且取而代之被直接电气地连接到电池组外壳端子5、6。在电池组外壳2内，电池单元20电气地串联或并联连接。

每个电池单元20包括由金属层压薄膜形成的软包型电池单元外壳22。电池单元外壳21具有矩形形状。在图示的实施例中，电池单元外壳21是立方体形状并且包括六个正交表面，所述六个正交表面一同限定由电极组件40占据的密封内部空间。设置在电池单元20中的电极组件40包括电极对41，所述电极对41以交叉编织和折叠在一起这样的方式来形成电极堆叠42，如下文详细描述的。

电极对41包括正电极44、负电极46、第一分离器47和第二分离器48。电极44、46和分离器47、48是细长的材料带。如本文所使用的，术语“带”指代包括相对于厚度大（例如，大约是100倍）的宽度和相对于宽度大（例如，大约是1000倍）的长度的几何形状。例如，在一些应用中，电极44、46可以具有0.04mm至0.10mm的厚度、20mm至35mm的宽度以及20m或更大的长度。由于电极44、46与整体电池单元的厚度（例如，具有大约数十或数百mm的厚度）相比非常薄，它们在图3中被示意性地图示。

参考图5和6，正电极和负电极44、46每个可以具有分层结构以促进锂离子的插入和/或移动。例如，在图示的实施例中，正电极44包括由诸如铜的第一导电材料形成的第一衬底50。此外，正电极44包括设置在第一衬底50的两侧上的诸如石墨的第一活性材料53。例如在印刷过程中，沿着第一衬底50的整个长度提供第一活性材料53。应用第一活性材料53使得正电极44的长向边沿51、52与第一活性材料53之间存在空间，借此沿着正电极44的每个长向边沿51、52提供裸衬底的正清洁道。正清洁道被周期性地开凹口（例如切掉），借此沿着正电极44的长向边沿51、52在相邻凹口之间形成正突片55。正突片55是导电的并且没有活性材料。此外，一个长向边沿51上的正突片55a沿着长度方向从相反长向边沿52的正突片55b偏移。

参考图7和8，负电极46包括由诸如铝的第二导电材料形成的第二衬底70。此外，负电极46包括设置在第二衬底70的两侧上的诸如锂化金属氧化物涂层的第二活性材料73。例如在印刷过程中，沿着第二衬底70的整个长度提供第二活性材料73。应用第二活性材料73使得负电极46的长向边沿71、72与第二活性材料73之间存在空间，借此沿着负电极43的每个长向边沿71、72提供裸衬底的负清洁道。负清洁道被周期性地开凹口，借此沿着负电极46的长向边沿71、72在相邻凹口之间形成负突片75。负突片75是导电的并且没有活性材料73。一个长向边沿71上的负突片75b沿着长度方向从相反长向边沿72的负突片75b偏移。

参考图9-11，第一和第二分离器47、48每个是渗透膜，其用于使正电极和负电极44、46保持分开以防止电气短路，同时还允许电解质中提供的并且在电池单元20内电流通过期间闭合电路所需要的离子电荷载子通过。第一和第二分离器47、48由诸如三层聚丙烯-聚乙烯-聚丙烯膜的电气绝缘材料形成。

正电极44和负电极46中的一个被设置在第一和第二分离器47、48之间以便以分层配置被布置，所述分层配置中电极被夹在分离器47、48之间并形成此后被称作阿尔法电极80的子组件。在图示的实施例中，负电极46被设置在第一和第二分离器47、48之间，并连同第一和第二分离器47、48组成阿尔法电极80。正电极44和负电极46中的另一个未被设置在分离器之间（例如，没有分离器），并且此后被称作贝塔电极60。在图示的实施例中，正电极44组成贝塔电极60。

与正电极和负电极44、46类似，阿尔法电极80和贝塔电极60每个具有薄、细长形状并且包括对应于伸长方向的长向维度、在垂直于长向维度的方向上并且小于长向维度的宽维度、以及在垂直于长向和宽维度两者的方向上的厚维度，厚维度小于宽维度。在阿尔法电极80中，负电极46的突片75在宽向方向上突出超过第一分离器47和第二分离器48。

再次参考图4，阿尔法电极80和贝塔电极60每个被z折叠，并在z折叠过程期间交叉编织在一起以便形成电极堆叠42。在电极堆叠42内，在分层配置中阿尔法电极的大体平面部分与贝塔电极60的大体平面部分交替，并且电极堆叠42的堆叠轴43在平行于堆叠方向并且垂直于平面部分的方向上延伸穿过电极堆叠42的中心。现在将描述电极组件40的交叉编织和折叠配置的细节。

参考图12和13，以连续z折叠系列来布置阿尔法电极80。在每个个体z折叠中，阿尔法电极80在第一方向A1上关于平行于第一折叠轴91的轴92折叠使得阿尔法电极80的第二部分80b覆盖阿尔法电极的第一部分80a。阿尔法电极80还在第二方向A2上关于平行于第一折叠轴91的另一个轴93折叠使得阿尔法电极的第三部分80c覆盖阿尔法电极80的第一部分80a。在阿尔法电极80的z折叠中，第一方向A1与第二方向A2相反，并且阿尔法电极80的第一部分80a、第二部分80b和第三部分80c沿着堆叠轴43以堆叠配置被布置。第一折叠轴91垂直于负电极46的长向边沿71、72并且在负电极46的宽度方向上延伸。此外，阿尔法电极中关于轴92、93所得到的折叠F1、F2 在相邻对的相反突片75a、75b之间的位置处被做出。

与阿尔法电极80类似，以连续z折叠系列来布置贝塔电极60。在每个z折叠中，贝塔电极60在第三方向A3上关于平行于第二折叠轴94的轴95折叠使得贝塔电极60的第二部分60b覆盖贝塔电极60的第一部分60a。贝塔电极60还在第四方向A4上关于平行于第二折叠轴94的另一个轴96折叠使得贝塔电极60的第三部分60c覆盖贝塔电极60的第一部分60a。在贝塔电极60的z折叠中，第三方向A3与第四方向A4相反，并且第二折叠轴94垂直于第一折叠轴91和堆叠轴43两者。第二折叠轴94垂直于正电极44的长向边沿51、52并且在正电极44的宽度方向上延伸。此外，贝塔电极60中关于轴95、96所得到的折叠F3、F4在相邻对的相反突片55a、55b之间的位置处被做出。

在z折叠之前，布置阿尔法和贝塔电极80、60使得贝塔电极60的长向边沿51、52垂直于阿尔法电极80的长向边沿71、72，并且堆叠每个电极80、60的第一部分80a、60a。如此布置的阿尔法和贝塔电极80、60同时以交叉方向z折叠使得阿尔法电极80的z折叠与贝塔电极60的z折叠交织，并且使得贝塔电极60的第一、第二和第三部分60a、60b、60c沿着堆叠轴43堆叠以便与阿尔法电极80的第一、第二和第三部分80a、80b、80c交替。即，贝塔电极60的第一部分60a分层在阿尔法电极80的第一和第二部分80a、80b之间，贝塔电极60的第二部分60b分层在阿尔法电极80的第二和第三部分80b、80c之间，并且贝塔电极60的第三部分60c覆盖阿尔法电极80的第三部分80c。

在该配置中，突片55a、55b、75a、75b位于相应的折叠F1、F2、F3、F4之间。对应于正电极44的一个长向边沿51的正突片55a被设置在电极堆叠42的与相反长向边沿52的正突片55b相反侧上。此外，负电极46的一个长向边沿71上的负突片75a被设置在电极堆叠42的与相反长向边沿72的负突片75b相反侧上，以及在电极堆叠42的与正突片55a、55b相邻侧上。

还参考图14、15，在一些实施例中，在电极堆叠42的对应侧上折叠突片55a、55b、75a、75b以便覆盖电极堆叠42的侧。由于电极堆叠42内电极部分的堆叠和分层配置，在电极堆叠42的给定侧上的折叠的突片彼此覆盖并且沿着堆叠轴43的方向轻微偏移，并因此具有百叶窗的外观。例如，如图15中所见，在电极堆叠42的一侧上正突片55a覆盖折叠F1和彼此，并且沿着电极堆叠42的相邻（正交）侧，负突片75a覆盖折叠F3和彼此。为了确保防止折叠的负突片75a、75b在折叠F3的附近接触贝塔（正）电极60，第一和第二分离器47、48还可以包括突片47a、48a。在图15的视图中只看到突片47a，并且对应于第二分离器48的突片48a位于突片47a之下并因此隐藏在视野之外。以足够的长度提供负突片75a来突出超过分离器突片47a、48a，借此负突片75可以例如与集电器（未示出）形成电气连接。

再次参考图2，在一些实施例中，电池单元20进一步包括正集电器（未示出），所述正集电器电气地连接到正电极44的正突片55中的一个或多个并且被配置为引导电流到设置在电池单元外壳22外侧上的正端子24。此外，电池单元20进一步包括负集电器（未示出），所述负集电器电气地连接到负电极46的负突片75中的一个或多个并且被配置为引导电流到设置在电池单元外壳22外侧上的负端子26。

还参考图16-18，形成交叉编织的z折叠电极组件的方法包括以下方法步骤：提供电极对41，其中正电极44和负电极46中的一个被设置在第一分离器47和第二分离器48之间以形成阿尔法电极。正电极44和负电极46中的另一个被用作贝塔电极60（图16，步骤102）。

在折叠和交叉编织之前，堆叠阿尔法电极80和贝塔电极60中的每个的前边沿部分80a、60a，使得阿尔法电极80的长向边沿71在垂直于贝塔电极60的长向边沿51的方向上延伸（图17）。

然后如上文关于图12所描述的那样以第一系列的z折叠来布置阿尔法电极80（步骤104）。在将阿尔法电极布置成第一系列的z折叠的同时，贝塔电极60（例如，同时地）还以第二系列的折叠被布置（如上文关于图12所描述的）并且与第一系列的z折叠交织来提供电极堆叠42（图18，步骤106）。在一些实施例中，如下实现第一系列的z折叠与第二系列的z折叠的交织。布置阿尔法电极80的前边沿部分（第一部分）80a以便位于贝塔电极60的前边沿部分（第一部分）60a之下，并且然后关于轴92折叠阿尔法电极80使得阿尔法电极80的第二部分80b覆盖贝塔电极60的前边沿部分60a。然后关于轴95折叠贝塔电极60使得贝塔电极60的第二部分60b覆盖阿尔法电极80的第二部分80b。然后关于轴93折叠阿尔法电极80使得阿尔法电极80的第三部分80c覆盖贝塔电极60的第二部分60b。然后关于轴96折叠贝塔电极60使得贝塔电极60的第三部分60c覆盖阿尔法电极80的第三部分80c。该过程提供阿尔法和贝塔电极80、60的包括沿着堆叠轴43堆叠的部分80a、60a、80b、60b、80c、60c的单个交叉编织z折叠。可以连续地重复该过程以提供交叉编织z折叠系列，其中系列中z折叠的数量受用于形成组件的正电极和负电极44、46的长度限制。

由该方法所得到的电极组件40提供的堆叠布置具有与一些包括个体电极板的堆叠布置的电极组件的容积效率相当的容积效率，但是由于交叉编织z折叠过程的连续性质而更容易制造并且更不容易有缺陷。

尽管本文所描述的阿尔法电极80包括被夹在一对分离器47、48之间的负电极46，并且贝塔电极60包括没有分离器的正电极44，但电极组件40不限于该配置。例如，在一些实施例中，阿尔法电极80包括被夹在该对分离器47、48之间的正电极44，并且贝塔电极60包括没有分离器的负电极46。在其他实施例中，阿尔法电极80包括被夹在该对分离器47、48之间的正电极44，并且贝塔电极60包括被夹在第二对分离器（未示出）之间的负电极46。

尽管正电极和负电极44、46被描述为具有沿着每个长向边沿形成的突片55、75，但正电极和负电极44、46不限于该配置。例如，在一些实施例中，正和/或负电极60、80具有沿着一个长向边沿形成的突片55、75，并且相反长向边沿没有突片55、75。在该示例中，可以将活性材料设置在电极表面上直到没有突片的长向边沿，从而提供提高的生产力和因此容积效率更高的电池单元。

尽管已经描述了用于在形成正电极44、负电极46以及分离器47、48中使用的示例性材料，但设想到可以使用其他材料，并且将由具体应用的要求来确定用于形成正电极44、负电极46和/或分离器47、48的材料，正电极44包括第一衬底50和第一活性材料53的，负电极46包括第二衬底70和第二活性材料73。

尽管本文将电池单元外壳21描述为由金属层压薄膜形成的软包电池单元外壳，但电池单元外壳21不限于该材料或配置。例如，电池单元外壳21可以由其他材料形成和/或可以形成具有棱形、圆柱形或其他配置。

尽管本文将电池单元20描述为锂离子电池单元，但它们不限于该电池单元化学类型。例如，在一些实施例中，电池单元20可以是镍镉、镍金属氢化物、铅酸或其他电池单元化学类型。

上文以一些细节描述电池单元和电极组件的选择性说明性实施例。应该理解，本文仅描述了认为对于阐明这些设备必要的结构。假定电池系统的其他常规结构以及那些辅助和附属部件是本领域技术人员已知并理解的。而且，虽然上文描述了电池单元和电极组件的可行示例，但电池单元和/或电极组件不限于上文描述的可行示例，而是在不背离权利要求中所阐述的设备的情况下可以施行各种设计更改。

Claims (20)

1.一种电极组件，包括：

正电极，以及

负电极

其中

正电极和负电极中的一个被设置在第一分离器和第二分离器之间以形成阿尔法电极，并且正电极和负电极中的另一个形成贝塔电极，

以一系列z折叠来布置阿尔法电极，其中阿尔法电极在第一方向上关于平行于第一折叠轴的轴折叠使得阿尔法电极的第二部分覆盖阿尔法电极的第一部分，以及在第二方向上关于平行于第一折叠轴的另一个轴折叠使得阿尔法电极的第三部分覆盖阿尔法电极的第一部分，所述第一方向与所述第二方向相反，并且阿尔法电极的第一部分、阿尔法电极的第二部分以及阿尔法电极的第三部分以限定堆叠轴的堆叠配置被布置，

以一系列z折叠来布置贝塔电极，其中贝塔电极在第三方向上关于平行于第二折叠轴的轴折叠使得贝塔电极的第二部分覆盖贝塔电极的第一部分，以及在第四方向上关于平行于第二折叠轴的另一个轴折叠使得贝塔电极的第三部分覆盖贝塔电极的第一部分，所述第三方向与所述第四方向相反，并且第二折叠轴垂直于第一折叠轴和堆叠轴，

阿尔法电极的z折叠与贝塔电极的z折叠编织使得贝塔电极的第一、第二和第三部分沿着堆叠轴堆叠以便与阿尔法电极的第一、第二和第三部分交替。

2.根据权利要求1所述的电极组件，其中阿尔法电极和贝塔电极每个具有薄、细长形状并且包括对应于伸长方向的长向维度、在垂直于长向维度的方向上并且小于长向维度的宽维度、以及在垂直于长向和宽维度两者的方向上的厚维度，厚维度小于宽维度，并且其中第一折叠轴垂直于阿尔法电极的长向维度，并且第二折叠轴垂直于贝塔电极的长向维度。

3.根据权利要求1所述的电极组件，其中

正电极包括由第一导电材料形成的第一衬底，正电极具有设置在第一衬底的两侧上的第一活性材料，并且

负电极包括由第二导电材料形成的第二衬底，负电极具有设置在第二衬底的两侧上的第二活性材料。

4.根据权利要求3所述的电极组件，其中

第一导电材料与第二导电材料不同，并且

第一活性材料与第二活性材料不同。

5.根据权利要求3所述的电极组件，其中

沿着第一衬底的整个长度提供第一活性材料使得正电极的长向边沿与第一活性材料之间存在空间，借此沿着正电极的每个长向边沿提供裸衬底的正清洁道，并且

沿着第二衬底的整个长度提供第二活性材料使得负电极的长向边沿与第二活性材料之间存在空间，借此沿着负电极的每个长向边沿提供裸衬底的负清洁道。

6.根据权利要求5所述的电极组件，其中

正清洁道被周期性地开凹口使得沿着正电极的长向边沿在相邻凹口之间形成正突片，并且

负清洁道被周期性地开凹口使得沿着负电极的长向边沿在相邻凹口之间形成负突片。

7.根据权利要求6所述的电极组件，其中阿尔法电极的突片突出超过第一分离器和第二分离器。

8.根据权利要求6所述的电极组件，其中正电极的一个长向边沿上的正突片沿着长度方向从正电极的相反长向边沿的正突片偏移，并且负电极的一个长向边沿上的负突片沿着长度方向从负电极的相反长向边沿的负突片偏移。

9.根据权利要求1所述的电极组件，其中阿尔法电极和贝塔电极中的每个的长向边沿被周期性地开凹口并且沿着长向边沿在相邻凹口之间形成突片，并且突片是导电的并且没有活性材料。

10.根据权利要求1所述的电极组件，其中阿尔法电极和贝塔电极中的每个的相反长向边沿被周期性地开凹口并且沿着长向边沿在相邻凹口之间形成突片，并且

对于阿尔法电极和贝塔电极中的每个，一个长向边沿上的凹口沿着长度方向从相反长向边沿的凹口偏移。

11.根据权利要求10所述的电极组件，其中突片是导电的并且没有活性材料。

12.根据权利要求9所述的电极组件，其中阿尔法电极的突片突出超过第一分离器和第二分离器。

13.根据权利要求1所述的电极组件，其中正电极和负电极中的另一个没有分离器。

14.一种电极组件，包括：

正电极，以及

负电极，其中

正电极和负电极中的一个被设置在第一分离器和第二分离器之间以形成绝缘电极，

以z折叠关于平行于第一轴的第一折叠线来布置绝缘电极，

以z折叠关于平行于第二轴的第二折叠线来布置正电极和负电极中的另一个，并且第二轴垂直于第一轴，

绝缘电极与正电极和负电极中的另一个交叉编织，使得绝缘电极在相邻的第一折叠线之间的部分与正电极和负电极中的另一个在相邻的第二折叠线之间的部分以交替的方式堆叠以形成这些部分的组件，所述组件沿着垂直于第一轴和第二轴两者的第三轴堆叠。

15.一种电化学电池单元，包括：

电池单元外壳，以及

被设置在电池单元外壳内的电极组件，电极组件包括：

正电极，以及

负电极，

其中

正电极和负电极中的一个被设置在第一分离器和第二分离器之间以形成阿尔法电极，并且正电极和负电极中的另一个形成贝塔电极，

以一系列z折叠来布置阿尔法电极，其中阿尔法电极在第一方向上关于平行于第一折叠轴的轴折叠使得阿尔法电极的第二部分覆盖阿尔法电极的第一部分，以及在第二方向上关于平行于第一折叠轴的另一个轴折叠使得阿尔法电极的第三部分覆盖阿尔法电极的第一部分，所述第一方向与所述第二方向相反，并且阿尔法电极的第一部分、阿尔法电极的第二部分以及阿尔法电极的第三部分以限定堆叠轴的堆叠配置被布置，

以一系列z折叠来布置贝塔电极，其中贝塔电极在第三方向上关于平行于第二折叠轴的轴折叠使得贝塔电极的第二部分覆盖贝塔电极的第一部分，以及在第四方向上关于平行于第二折叠轴的另一个轴折叠使得贝塔电极的第三部分覆盖贝塔电极的第一部分，所述第三方向与所述第四方向相反，并且第二折叠轴垂直于第一折叠轴和堆叠轴，

阿尔法电极的z折叠与贝塔电极的z折叠编织使得贝塔电极的第一、第二和第三部分沿着堆叠轴堆叠以便与阿尔法电极的第一、第二和第三部分交替。

16.一种形成电极组件的方法，所述电极组件包括正电极和负电极，其中所述方法包括：

将正电极和负电极中的一个设置在第一分离器和第二分离器之间以形成阿尔法电极，并且使用正电极和负电极中的另一个来形成贝塔电极，

以第一系列的z折叠来布置阿尔法电极，

在以第一系列的z折叠来布置阿尔法电极的同时还以第二系列的z折叠来布置贝塔电极，第二系列的z折叠与第一系列的z折叠交织以提供电极堆叠，在所述电极堆叠中贝塔电极的部分沿着堆叠轴堆叠以便与阿尔法电极的部分交替。

17.根据权利要求16所述的方法，其中

以第一系列的z折叠来布置阿尔法电极的步骤包括：布置阿尔法电极使得第一系列的z折叠中的每个z折叠包括在第一方向上关于平行于第一折叠轴的轴折叠阿尔法电极使得阿尔法电极的第二部分覆盖阿尔法电极的第一部分，以及在第二方向上关于平行于第一折叠轴的另一个轴折叠阿尔法电极使得阿尔法电极的第三部分覆盖阿尔法电极的第一部分，所述第一方向与所述第二方向相反，并且阿尔法电极的第一部分、阿尔法电极的第二部分以及阿尔法电极的第三部分以限定堆叠轴的堆叠配置被布置，并且

以第二系列的z折叠来布置贝塔电极的步骤包括：布置贝塔电极使得第二系列的z折叠中的每个z折叠包括在第三方向上关于平行于第二折叠轴的轴折叠贝塔电极使得贝塔电极的第二部分覆盖贝塔电极的第一部分，以及在第四方向上关于平行于第二折叠轴的另一个轴折叠贝塔电极使得贝塔电极的第三部分覆盖贝塔电极的第一部分，所述第三方向与所述第四方向相反，并且第二折叠轴垂直于第一折叠轴和堆叠轴。

18.根据权利要求17所述的方法，其中

将第二系列的z折叠与第一系列的z折叠交织提供电极堆叠，在所述电极堆叠中贝塔电极的第一、第二和第三部分沿着堆叠轴堆叠以便与阿尔法电极的第一、第二和第三部分交替。

19.根据权利要求17所述的方法，其中

阿尔法电极和贝塔电极每个具有薄、细长形状并且包括对应于伸长方向的长向维度、在垂直于长向维度的方向上并且小于长向维度的宽维度、以及在垂直于长向和宽维度两者的方向上的厚维度，厚维度小于宽维度，并且

布置阿尔法电极和布置贝塔电极的步骤包括将阿尔法电极和贝塔电极取向为使得阿尔法电极的长向维度垂直于贝塔电极的长向维度。

20.根据权利要求16所述的方法，其中

在布置阿尔法电极和布置贝塔电极的步骤之前，堆叠阿尔法电极和贝塔电极中的每个的第一部分使得阿尔法电极的长向边沿在垂直于贝塔电极的长向边沿的方向上延伸。