CN109314280B

CN109314280B - 锂离子二次电池

Info

Publication number: CN109314280B
Application number: CN201780036258.9A
Authority: CN
Inventors: 李明基; 宋周容; 郑熙锡; 安智熙
Original assignee: LG Chem Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2017-01-26
Filing date: 2017-12-21
Publication date: 2021-11-30
Anticipated expiration: 2037-12-21
Also published as: KR20180088093A; US10991973B2; CN109314280A; WO2018139766A1; KR102113323B1; US20190157713A1; EP3451434A1; EP3451434A4

Abstract

公开一种锂离子二次电池。根据本发明，可制造能够根据用户的需求容易地改变容量、电压或类似物的二次电池。为此，本发明包括：第一电极层叠体和第二电极层叠体，电极层叠体中阴极、隔膜和阳极交替层叠，阴极、隔膜和阳极的每一个在其周边包括至少一个线段部；及阴极接片和阳极接片，分别具有从阴极和阳极的线段部突出的形状，其中阴极、隔膜和阳极层叠而使它们的线段部面对彼此，阴极接片层叠而使阴极接片面对彼此，由此形成阴极接片束，阳极接片层叠而使阳极接片面对彼此，由此形成阳极接片束，第二电极层叠体连接至第一电极层叠体的侧部，并且第一电极层叠体的阴极接片束和阳极接片束连接至第二电极层叠体的阴极接片束和阳极接片束，这些电极接片束彼此相同或不同。

Description

锂离子二次电池

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求享有于2017年1月26日提交的韩国专利申请第10-2017-0012712号的优先权权益，通过引用将该申请整体并入本申请。

技术领域

本申请涉及一种锂离子二次电池，更特定而言，涉及这样一种锂离子二次电池，其结构能够最大化锂离子二次电池中的空间利用并且容易地改变构成电池的电极组件之间的连接状态。

背景技术

能够重复充放电的二次电池可根据参与充放电中发生的化学反应所涉及的材料的类型而分类为NaS二次电池、氧化还原液流电池、锂离子二次电池，等等。特别地，在二次电池中广泛使用此种锂离子二次电池，因为锂离子二次电池具有高能量密度和小程度的自放电。

近年，需要二次电池的各种领域已经多元化，对二次电池的需求也逐渐增大。特别地，在手机、汽车和储能系统领域中对锂离子二次电池的需求逐渐增大。

根据制造方法或结构可将二次电池分类为圆型二次电池、棱柱型二次电池和袋型二次电池。然而，在根据现有技术的此种二次电池的情形中，在完成制造构成二次电池的单元后，存在难以根据使用二次电池的消费者的需求改变容量、电压及类似物的问题。

此外，在根据现有技术的二次电池的情形中，仅以规则形状(诸如圆柱形形状、矩形板形状及类似形状)制造二次电池和构成二次电池的单元，这产生所谓的死空间，所述死空间无助于产生输出，从而导致空间利用恶化的问题。

[现有技术文件]

[专利文件]

(专利文件1)韩国专利公开案第10-2016-0141676号(2016年12月9日)

发明内容

技术问题

因此，本发明的一个目的是提供一种能够根据用户的需求容易地改变容量、电压及类似物的二次电池。

此外，本发明的另一目的是提供一种能够最小化无助于产生输出的死空间以最大化空间利用的二次电池。

技术方案

根据用于实现以上目的的本发明的一方面，本发明提供一种锂离子二次电池，包括：第一电极层叠体和第二电极层叠体，每个电极层叠体具有正极、隔膜和负极交替层叠的结构，正极、隔膜和负极的每一个在其周缘部分上包括至少一个线段部；及正极接片和负极接片，分别具有从正极和负极的线段部突出的形状，其中正极、隔膜和负极层叠而使线段部面对彼此，正极接片层叠而面对彼此并由此提供正极接片束，负极接片层叠而面对彼此并由此提供负极接片束，第二电极层叠体连接至第一电极层叠体的侧部，并且第一电极层叠体与第二电极层叠体串联或并联。

通过交替层叠各自包括至少一个线段部的正极、隔膜和负极而形成的第一电极层叠体和第二电极层叠体的侧平面可被设置成面对彼此。

由于正极、隔膜和负极的每一个具有多边形形状，因此第一电极层叠体和第二电极层叠体的每一个可具有多棱柱形状。

由于正极、隔膜和负极的每一个具有六边形形状，因此第一电极层叠体和第二电极层叠体的每一个可具有六棱柱形状。

由于正极、隔膜和负极的每一个具有正多边形形状，所述正多边形形状的一个内角具有360度的整除部分，因此第一电极层叠体和第二电极层叠体的每一个可具有正多棱柱形状。

由于正极、隔膜和负极的每一个具有正六边形形状，因此第一电极层叠体和第二电极层叠体的每一个可具有正六棱柱形状。

第一电极层叠体的正极接片束可电连接至第二电极层叠体的正极接片束，且第一电极层叠体的负极接片束可电连接至第二电极层叠体的负极接片束。

第一电极层叠体的正极接片束可电连接至第二电极层叠体的负极接片束，且第一电极层叠体的负极接片束可不电连接至第二电极层叠体的正极接片束。

所述锂离子二次电池可进一步包括：第三电极层叠体，具有其中正极、隔膜和负极交替层叠的结构，正极、隔膜和负极的每一个在其周缘部分上包括至少一个线段部；正极接片束和负极接片束，分别具有在第一电极层叠体的相对侧以所述第二电极层叠体为基准从第二电极层叠体突出的形状；以及正极接片和负极接片，分别具有从第三电极层叠体的正极和负极的线段部突出的形状，其中第三电极层叠体的正极、隔膜、负极层叠而使线段部面对彼此，第三电极层叠体的正极接片层叠而面对彼此并由此提供正极接片束，第三电极层叠体的负极接片层叠而面对彼此并由此提供负极接片束，并且第二电极层叠体与第三电极层叠体像第一电极层叠体与第二电极层叠体之间的连接那样彼此串联或并联。

由于第三电极层叠体的正极、隔膜和负极的每一个具有六边形形状，因此第三电极层叠体可具有六棱柱形状。

由于第三电极层叠体的正极、隔膜和负极的每一个具有正多边形形状，所述正多边形形状的一个内角具有360度的整除部分，因此第三电极层叠体可具有正多棱柱形状。

由于第三电极层叠体的正极、隔膜和负极的每一个具有正六边形形状，因此第三电极层叠体可具有正六棱柱形状。

第一电极层叠体的正极接片束可电连接至第二电极层叠体的正极接片束，第一电极层叠体的负极接片束可电连接至第二电极层叠体的负极接片束，第二电极层叠体的正极接片束可电连接至第三电极层叠体的正极接片束，且第二电极层叠体的负极接片束可电连接至第三电极层叠体的负极接片束。

第一电极层叠体的正极接片束可电连接至第二电极层叠体的负极接片束，第一电极层叠体的负极接片束可不电连接至第二电极层叠体的正极接片束，第二电极层叠体的正极接片束可电连接至第三电极层叠体的负极接片束，且第二电极层叠体的负极接片束可不电连接至第三电极层叠体的正极接片束。

根据用于实现以上目的的本发明的另一方面，本发明提供一种锂离子二次电池，包括：第一、第二和第三电极层叠体，每一个电极层叠体具有其中正极、隔膜和负极交替层叠的结构，其中由于正极、隔膜和负极的每一个具有正多边形形状，所述正多边形形状的一个内角具有360度的整除部分，因此第一和第二电极层叠体的每一个具有正多棱柱形状，设置在第二电极层叠体的侧部上且彼此相邻的第一侧平面和第二侧平面中的第一侧平面面对第一电极层叠体的一个侧平面且与其重叠，设置在第二电极层叠体的侧部上且彼此相邻的所述第一侧平面和所述第二侧平面中的第二侧平面面对第三电极层叠体的一个侧平面且与其重叠，并且第二电极层叠体与第一和第三电极层叠体串联或并联。

所述正多边形可以是正六边形，所述正多棱柱可以是正六棱柱。

第一电极层叠体的一个侧平面和第三电极层叠体的一个侧平面可面对彼此且彼此重叠。

有益效果

根据本发明，可制造能够根据用户的需求容易地改变容量、电压及类似物的二次电池。

另外，根据本发明，可在二次电池中最小化无助于产生输出的死空间，以最大化空间利用。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的正极的结构的平面图。

图2是示出根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的负极的结构的平面图。

图3是示出根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体的层叠结构的侧视图。

图4是示出根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体的结构的透视图。

图5是示出根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体之间的并联结构的平面图。

图6是示出根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体之间的串联结构的平面图。

图7是示出根据本发明的另一实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体之间的连接结构的平面图。

具体实施方式

以下，将参照附图描述根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的结构。

图1是示出根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的正极结构的平面图，

图2是示出根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的负极结构的平面图。

参照图1，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的正极10的周缘部分可包括至少一个线段部。图1示出正极10的周缘部分包括六个线段部的情形。此外，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的正极10可具有多边形形状。图1示出正极10具有六边形形状的情形。此外，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的正极10可具有正多边形形状(例如正方形形状、等边三角形形状、正六边形形状及类似形状)，所述正多边形形状的一个内角具有360度的整除部分。图1示出正极10具有正六边形形状的情形。

参照图1，可提供具有从正极10突出的形状的正极接片10a。正极接片10a可具有从线段部突出的形状。这里，可提供多个正极接片10a。这里，正极接片10a中的至少一些可设置在彼此相对的方向中。图1示出在具有正六边形形状的正极10上沿彼此相对的方向设置两个正极接片10a的情形。然而，可在正极10上设置三个或更多个正极接片10a。

以上关于根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的正极的描述可等同地应用于负极的情形。

也就是说，参照图2，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的负极20的周缘部分可包括至少一个线段部。图2示出负极20的周缘部分包括六个线段部的情形。此外，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的负极20可具有多边形形状。图2示出负极20具有六边形形状的情形。此外，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的负极20可具有正多边形形状(例如正方形形状、等边三角形形状、正六边形形状及类似形状)，所述正多边形形状的一个内角具有360度的整除部分。图2示出负极20具有正六边形形状的情形。

参照图2，可提供具有从负极20突出的形状的负极接片20a。负极接片20a可具有从线段部突出的形状。这里，可提供多个负极接片20a。这里，负极接片20a中的至少一些可设置在彼此相对的方向中。图2示出在具有正六边形形状的负极20上沿彼此相对的方向设置两个负极接片20a的情形。然而，可在负极20上设置三个或更多个负极接片20a。

图3是示出根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体的层叠结构的侧视图，图4是示出根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体的结构的透视图。

参照图3和4，电极层叠体1可具有其中正极10、隔膜30和负极20交替层叠的结构。这里，正极10、负极20和隔膜30可具有彼此对应的形状。正极10、负极20和隔膜30具有彼此对应的形状的事实可意指正极10、负极20和隔膜30彼此相同或相似。因此，正极10、负极20和隔膜30具有彼此对应的形状的事实可不意指正极10、负极20和隔膜30具有相同形状和相同尺寸。

如以上描述的，正极接片10a和负极接片20a可分别从正极10和负极20突出。这里，如图3和4中所示，电极层叠体1可具有其中正极10和负极20层叠而使正极接片10a面对彼此且负极接片20a面对彼此的结构。此外，如以上描述的，正极接片10a和负极接片20a可具有从分别构成正极10和负极20的周缘部分的至少一个或多个线段部突出的形状。此外，由于隔膜30具有正极10和负极20彼此对应的形状，因此正极10、隔膜30和负极20可层叠而使至少一个或多个线段部面对彼此。因此，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体可具有包含相同水平截面的柱状(包括其中电极与隔膜之间的尺寸差异不大的宏观柱状)。例如，电极层叠体可具有多棱柱形状。图4示出电极层叠体1具有正六棱柱形状的情形。

由于电极层叠体1具有其中正极10和负极20层叠而使正极接片10a面对彼此且负极接片20a面对彼此的结构，因此电极层叠体1可包括正极接片束10b和负极接片束20b，正极接片束10b中多个正极接片10a组合在一起，负极接片束20b中多个负极接片20a组合在一起。

类似于正极接片和负极接片的情形，电极层叠体1的正极接片束10b和负极接片束20b的每一个也都可为多个。正极接片束10b中的至少一些可设置在彼此相对的方向中，负极接片束20b中的至少一些也可设置在彼此相对的方向中。也可设置三个或更多个正极接片束10b和三个或更多个负极接片束20b。

此外，如图3和4所示，电极层叠体1可包括通过交替层叠正极10、隔膜30和负极20而形成的侧平面P。图4示出在具有正六棱柱形状的电极层叠体1上设置六个侧平面P的情形。这里，一个或多个正极接片束10b和一个或多个负极接片束20b可设置在至少一个侧平面P上。图4示出正极接片束10b和负极接片束20b设置在电极层叠体1的侧平面中的设置在彼此相对的方向上的两个侧平面中的每一个上的情形。

根据本发明的实施方式的锂离子二次电池可通过将多个电极层叠体彼此连接来制造。根据本发明的实施方式，可通过改变电极层叠体彼此电连接的方式来根据用户的需求多样地修改锂离子二次电池。

根据是具有相同极性的电极彼此连接还是具有不同极性的电极彼此连接，电极组件可被分类为串联型和并联型。也就是说，电极组件之间具有相同极性的电极彼此连接被称为并联，电极组件之间具有不同极性的电极彼此连接被称为串联。根据本发明，可根据多个电极组件是以串联方式还是以并联方式彼此连接来多样地修改锂离子二次电池。

关于下文将使用的语句的含义，‘两个构成部分之间的电连接’可意指电流能够在这两个构成部分之间流动的状态。因此，‘电连接’可不仅意指两个构成部分彼此物理接触。

如图5所示，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体1a、1b和1c可在每个电极层叠体的侧部上彼此电连接。为此，电极层叠体1a、1b和1c可被设置成使得其上设置正极接片束10b和负极接片束20b的侧平面P面对彼此。

如图5所示，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体1a、1b和1c可彼此并联地电连接。为此，电极层叠体的正极接片束10b可电连接至另一电极层叠体的正极接片束10b，电极层叠体的负极接片束20b可电连接至另一电极层叠体的负极接片束20b，以形成并联主体100。

并联可不仅发生在两个电极层叠体之间，还可发生在三个或更多个电极层叠体之间。例如，在图5所示的三个电极层叠体中，当最左侧电极层叠体被称作第一电极层叠体1a，中间电极层叠体被称作第二电极层叠体1b，最右侧电极层叠体被称作第三电极层叠体1c时，设置在第二电极层叠体1b的左侧的正极接片束10b和负极接片束20b可分别电连接至设置在第一电极层叠体1a的右侧的正极接片束10b和负极接片束20b。因此，设置在第二电极层叠体1b的右侧的正极接片束10b和负极接片束20b可分别电连接至设置在第三电极层叠体1c的左侧的正极接片束10b和负极接片束20b。

类似于图5的情形，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体1a、1b和1c也可在每个电极层叠体的侧部上彼此电连接。为此，电极层叠体1a、1b和1c可被设置成使得其上设置正极接片束10b和负极接片束20b的侧平面P面对彼此。

如图6所示，根据本发明的实施方式的锂离子二次电池的电极层叠体1a、1b和1c可彼此串联地电连接。为此，电极层叠体的正极接片束10b可电连接至另一电极层叠体的负极接片束20b，以形成串联主体200。

此外，类似于并联，串联可不仅发生在两个电极层叠体之间，还可发生在三个或更多个电极层叠体之间。例如，在图6所示的三个电极层叠体中，当最左侧电极层叠体被称作第一电极层叠体1a，中间电极层叠体被称作第二电极层叠体1b，最右侧电极层叠体被称作第三电极层叠体1c时，设置在第二电极层叠体1b的左侧的负极接片束20b可电连接至设置在第一电极层叠体1a的右侧的正极接片束10b，设置在第二电极层叠体1b的右侧的正极接片束10b可电连接至设置在第三电极层叠体1c的左侧的负极接片束20b。

然而，与并联不同，当在电极层叠体之间正极接片束和负极接片束均电连接时，串联可导致短路。也就是说，参照图6，当设置在第一电极层叠体1a的右侧的正极接片束10b和负极接片束20b分别电连接至设置在第二电极层叠体1b的左侧的负极接片束20b和正极接片束10b时，可能发生短路。因此，在串联的情形中，电极层叠体之间仅一个电极接片束可彼此电连接。图6示出其中设置在第一电极层叠体1a的右侧的正极接片束10b电连接至设置在第二电极层叠体1b的左侧的负极接片束20b，且设置在第一电极层叠体1a的右侧的负极接片束20b不电连接至设置在第二电极层叠体1b的左侧的正极接片束10b的情形。这里，用于避免发生电连接的绝缘体40可被设置在设置于第一电极层叠体1a的右侧的负极接片束20b与设置于第二电极层叠体2b的左侧的正极接片束10b之间。此外，图6示出其中设置在第二电极层叠体2b的右侧的正极接片束10b电连接至设置在第三电极层叠体1c的左侧的负极接片束20b，且设置在第二电极层叠体2b的右侧的负极接片束20b不电连接至设置在第三电极层叠体1c的左侧的正极接片束20b的情形。这里，用于避免发生电连接的绝缘体40可被设置在设置于第二电极层叠体1b的右侧的负极接片束20b与设置于第三电极层叠体1c的左侧的正极接片束10b之间。

如以上描述的，由于构成电极层叠体的正极、隔膜和负极的每一个具有正多边形形状，所述正多边形形状的一个内角具有360度的整除部分，因此根据本发明的另一实施方式的多个电极层叠体1可具有正多棱柱形状，其一个内角具有360度的整除部分。这里，电极层叠体1可设置在电极层叠体1的每个侧平面上以面对另一电极层叠体1的侧平面。图7示出其中电极层叠体1设置在多个电极层叠体1的每个侧平面上以面对另一电极层叠体1的侧平面的情形，其中多个电极层叠体1的每一个具有正六棱柱形状。

根据本发明的另一实施方式，多个电极层叠体可被设置成并排地面对侧平面，由此最大化电极层叠体的排列效率。

为此，参照图7，作为形成在第二电极层叠体1b的侧部上的侧平面，两个彼此相邻的侧平面中的一个侧平面V可面对第一电极层叠体1a的一个侧平面X且与侧平面X重叠；作为形成在第二电极层叠体1b的侧部上的侧平面，两个彼此相邻的侧平面中的另一个侧平面W可面对第三电极层叠体1c的一个侧平面Y且与侧平面Y重叠(所述面对且重叠可意指侧平面面对彼此且具有彼此对应的形状)。此外，第一电极层叠体1a的一个侧平面和第三电极层叠体1c的一个侧平面可面对彼此且彼此重叠。

特别地，图7的电极层叠体的排列结构可被理解为类似于蜂巢结构的结构，其中多个六边形的线段部分别被设置成面对另一六边形的线段部。

包括第一电极层叠体1a、第二电极层叠体1b和第三电极层叠体1c的大量电极层叠体可彼此相邻设置以形成蜂巢结构(honeycomb structure)。

根据本发明，如以上描述的，当电极层叠体(每个电极层叠体具有多棱柱结构)的侧平面被设置成面对彼此且彼此重叠时，可在二次电池中最小化无助于产生输出的死空间(dead space)，以最大化二次电池的空间利用。

此外，电极组件可彼此串联或并联。串联和并联的方法可与以上描述的相同。

虽然已经参照具体实施方式描述了本发明的实施方式，但对本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离随附权利要求书中限定的本发明的精神和范围的情况下，可做出各种改变和修改。

Claims

1.一种锂离子二次电池，包括：

第一电极层叠体和第二电极层叠体，所述第一电极层叠体和所述第二电极层叠体的每一个具有正极、隔膜和负极交替层叠的结构，所述正极、所述隔膜和所述负极的每一个具有六边形形状并且在其周缘部分上包括六个线段部，使得所述第一电极层叠体和所述第二电极层叠体的每一个具有六棱柱形状，

其中所述第一电极层叠体和所述第二电极层叠体的每一个的每个正极包括具有从所述正极的所述线段部突出的形状的多个正极接片，所述第一电极层叠体和所述第二电极层叠体的每一个的每个负极包括具有从所述负极的所述线段部突出的形状的多个负极接片，

其中所述第一电极层叠体和所述第二电极层叠体的每一个的所述正极、所述隔膜和所述负极层叠而使所述线段部面对彼此，

所述第一电极层叠体和所述第二电极层叠体的每一个的所述正极接片层叠而面对彼此并由此提供多个正极接片束，

所述第一电极层叠体和所述第二电极层叠体的每一个的所述负极接片层叠而面对彼此并由此提供多个负极接片束，

所述第二电极层叠体连接至所述第一电极层叠体的侧部，并且

所述第一电极层叠体与所述第二电极层叠体串联，其中所述第一电极层叠体的一个正极接片束直接电连接至所述第二电极层叠体的一个负极接片束，且

在所述第一电极层叠体的一个负极接片束与所述第二电极层叠体的一个正极接片束之间设置有绝缘体，使得所述第一电极层叠体的所述一个负极接片束不电连接至所述第二电极层叠体的所述一个正极接片束。

2.如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述第一电极层叠体和所述第二电极层叠体的侧平面通过交替层叠各自包括所述六个线段部的所述正极、所述隔膜和所述负极而形成，所述第一电极层叠体和所述第二电极层叠体的所述侧平面被设置成面对彼此。

3.如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述正极、所述隔膜和所述负极的每一个具有正六边形形状，使得所述第一电极层叠体和所述第二电极层叠体的每一个具有正六棱柱形状。

4.如权利要求1所述的锂离子二次电池，进一步包括：

第三电极层叠体，所述第三电极层叠体具有其中正极、隔膜和负极交替层叠的结构，其中所述第三电极层叠体的所述正极、所述隔膜和所述负极的每一个具有六边形形状并且在其周缘部分上包括六个线段部，使得所述第三电极层叠体具有六棱柱形状，

其中所述第三电极层叠体的每个正极包括具有从所述第三电极层叠体的所述正极的所述线段部突出的形状的多个正极接片，所述第三电极层叠体的每个负极包括具有从所述第三电极层叠体的所述负极的所述线段部突出的形状的多个负极接片，

其中所述第三电极层叠体的所述正极、所述隔膜、所述负极层叠而使所述线段部面对彼此，

所述第三电极层叠体的所述正极接片层叠而面对彼此并由此提供多个正极接片束，

所述第三电极层叠体的所述负极接片层叠而面对彼此并由此提供多个负极接片束，并且

所述第二电极层叠体与所述第三电极层叠体彼此串联。

5.如权利要求4所述的锂离子二次电池，其中所述第三电极层叠体的所述正极、所述隔膜和所述负极的每一个具有正六边形形状，使得所述第三电极层叠体具有正六棱柱形状。

6.如权利要求4所述的锂离子二次电池，其中所述第二电极层叠体的另一个正极接片束直接电连接至所述第三电极层叠体的一个负极接片束，且

在所述第二电极层叠体的另一个负极接片束与所述第三电极层叠体的一个正极接片束之间设置有绝缘体，使得所述第二电极层叠体的所述另一个负极接片束不电连接至所述第三电极层叠体的所述一个正极接片束。