CN111108639A - 电极组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电极组件及其制造方法，该电极组件可以减小电池内部的电流密度的偏差。此外，本发明提供一种电极组件，其中多个负极和多个正极交替且重复地堆叠，并且隔膜布置在所述多个负极和所述多个正极之间，该电极组件包括：负极接头部分，其形成在所述电极组件的一端上，并且从所述多个负极延伸；正极汇流条，其在所述电极组件的所述一端上与所述负极接头部分间隔开，并且电连接所述多个正极；正极接头部分，其形成在所述电极组件的与所述一端相对的另一端上，并且从所述多个正极延伸；以及负极汇流条，其在所述电极组件的所述另一端上与所述正极接头部分间隔开，并且电连接所述多个负极。

Description

电极组件及其制造方法
技术领域
本申请要求于2018年8月13日提交的韩国专利申请第10-2018-0094484号的优先权的权益，其全部内容通过引用合并于此。
本发明涉及一种电极组件及其制造方法，更具体地，涉及一种减小了电池内部电流密度的偏差的电极组件及其制造方法。
背景技术
当不能获得向建筑物供应的交流(AC)电源或者根据各种电气/电子设备所包围的生活环境而需要直流(DC)电源时，使用通过材料的物理或化学反应产生电能以向外部供电的电池(battery或者cell)。
在这种电池中，通常使用一次电池和二次电池，它们是使用化学反应的化学电池。一次电池是消耗性电池，统称为干电池。另外，二次电池是通过使用其中电流和材料之间的氧化和还原过程能够重复若干次的材料制造的可充电电池。即，当通过电流对材料进行还原反应时，进行充电，当对材料进行氧化反应时，进行放电。重复进行这种充电和放电以产生电。
按如下方式制造二次电池中的锂离子电池：将预定厚度的活性材料施加至正极导电箔和负极导电箔中的每一者；在两个导电箔之间将隔膜布置成以近似果冻卷或圆柱形的形状缠绕若干次，从而制造电极组件；并且电极组件被容纳在圆柱形或棱柱形的罐、袋等中以被密封。
由于这种锂离子电池已经商业化并被广泛使用，其在车辆/电子设备/电动工具中的应用也变得多样化。
因此，二次电池的输出也被认为是重要的规格。
近来，在聚合物电池中，正极/隔膜/负极/隔膜顺序地堆叠并连接至接头部分，从而在正极之间和负极之间建立连接。
韩国专利公报10-2008-0038465中公开了具有优异的结构安全性和绝缘电阻的电池单元。
在根据现有技术的袋型电池中，以单向/双向使用一个正极端子和负极端子。
然而，根据现有技术的这种袋型电池具有以下问题：相对于逐渐增大的电极面积，作为电子的入口的接头的尺寸较小。
因此，存在这样的问题：供电流流经的通道较小，会引起电极内部的电流密度差异，从而导致电流密度发生偏差。
发明内容
技术问题
因此，已经做出本发明以解决上述问题，并且本发明的一个目的是提供一种能够确保电极组件内部的电子传输路径的电极组件及其制造方法。
技术解决方案
在根据本发明的一个实施方式的一种电极组件中，多个负极和多个正极交替且重复地堆叠，并且隔膜布置在所述多个负极和所述多个正极之间，该电极组件包括：负极接头部分，所述负极接头部分形成在所述电极组件的一端上，并且从所述多个负极延伸；正极汇流条，所述正极汇流条在所述电极组件的所述一端上与所述负极接头部分间隔开，并且电连接所述多个正极；正极接头部分，所述正极接头部分形成在所述电极组件的与所述一端相对的另一端上，并且从所述多个正极延伸；以及负极汇流条，所述负极汇流条在所述电极组件的所述另一端上与所述正极接头部分间隔开，并且电连接所述多个负极。
所述正极汇流条和所述负极汇流条可以形成在关于所述电极组件的中心部分的对称位置中。
所述正极汇流条和所述负极汇流条中的每一者均可以形成为多个。
所述正极汇流条可以形成为从所述正极延伸的集电极，并且所述负极汇流条可以形成为从所述负极延伸的集电极。
所述电极组件可以包括绝缘构件，所述绝缘构件安装在所述电极组件的所述正极汇流条和所述负极之间以使所述正极汇流条与所述从负极绝缘，或者安装在所述电极组件的负极汇流条和所述正极之间以使所述负极汇流条与所述正极绝缘。
根据本发明的一个实施方式的一种用于制造电极组件的方法包括：交替地堆叠电极和隔膜以形成电极堆叠的堆叠步骤，其中通过使用包括负极延伸部分的负极和包括正极延伸部分的正极而形成所述电极堆叠，所述负极延伸部分是在所述电极堆叠的一端比所述正极和隔膜长的部分，所述正极延伸部分是在所述电极堆叠的另一端比所述负极和所述隔膜长的部分；负极焊接步骤，所述负极焊接步骤焊接包括在多个负极中的多个负极延伸部分；以及正极焊接步骤，所述正极焊接步骤焊接包括在多个正极中的多个正极延伸部分。
在所述堆叠步骤中，可以将所述一端上形成有正极接头部分的所述正极、所述隔膜和所述一端上包括所述负极延伸部分的所述负极顺序堆叠。
当在所述负极焊接步骤中将所述负极延伸部分彼此焊接时，所述负极延伸部分中的与所述正极接头部分间隔开的部分可以被焊接。
在所述堆叠步骤中，可以将所述另一端上形成有所述负极接头部分的所述负极、所述隔膜和所述另一端上包括所述正极延伸部分的所述正极顺序堆叠。
当在所述正极焊接步骤中将所述正极延伸部分彼此焊接时，所述正极延伸部分中的与所述负极接头部分间隔开的部分可以被焊接。
在所述负极焊接步骤和所述正极焊接步骤中，所述负极延伸部分和所述正极延伸部分中的每一者均可以通过超声波焊接或热焊接而焊接。
所述方法还可以包括负极切割步骤，该负极切割步骤切割所述负极延伸部分中的不彼此焊接的部分。
在所述负极切割步骤中未被切割而彼此焊接的所述负极延伸部分可以提供负极汇流条。
所述方法还可以包括第一绝缘构件安装步骤，该第一绝缘构件安装步骤安装绝缘构件以使所述负极汇流条与所述电极堆叠的所述正极绝缘。
所述方法还可以包括正极切割步骤，该正极切割步骤切割所述正极延伸部分中的不彼此焊接的部分。
在所述正极切割步骤中未被切割而彼此焊接的所述正极延伸部分可以提供正极汇流条。
所述方法还可以包括第二绝缘构件安装步骤，该第二绝缘构件安装步骤安装绝缘构件以使所述正极汇流条与所述电极堆叠的所述负极绝缘。
根据本发明的一个实施方式的二次电池包括电极组件，在所述电极组件中，多个负极和多个正极交替且重复地堆叠，并且隔膜布置在所述多个负极和所述多个正极之间，该二次电池包括：负极接头部分，所述负极接头部分形成在所述电极组件的一端上，并且从所述多个负极延伸；正极汇流条，所述正极汇流条在所述电极组件的所述一端上与所述负极接头部分间隔开，并且电连接所述多个正极；正极接头部分，所述正极接头部分形成在所述电极组件的与所述一端相对的另一端上，并且从所述多个正极延伸；以及负极汇流条，所述负极汇流条在所述电极组件的所述另一端上与所述正极接头部分间隔开，并且电连接所述多个负极。
有益效果
根据本发明，通过确保电极组件内部的电子传输路径，具有使电流密度的偏差最小化的效果。
根据本发明，通过确保电极组件内部的电子传输路径，具有提高输出的效果。
附图说明
图1是示出根据的本发明的一个实施方式的电极组件的立体图。
图2是示出沿图1的线A-A剖切的电极组件的主要部分的侧剖视图。
图3是顺序示出用于制造根据本发明的一个实施方式的电极组件的方法的流程图。
图4是示出用于制造根据本发明的该实施方式的电极组件的方法中的堆叠步骤的示意性侧视图。
图5是示出用于制造根据本发明的该实施方式的电极组件的方法中负极和正极的焊接步骤的示意性侧视图。
图6是示出用于制造根据本发明的另一实施方式的电极组件的方法中的切割步骤的示意性侧视图。
图7是示出根据本发明的一个实施方式的二次电池的立体图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明的优选实施方式的电极组件和用于制造该电极组件的方法。
在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应限制性地理解为普通含义或基于字典的含义，而应基于发明人能够适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述和解释他或她的发明的原则理解为符合本发明范围的含义和概念。因此，在本说明书中描述的实施方式和附图中示出的构造仅是本发明的优选实施方式，并且可能不彻底地描述技术精神。因此，应当理解，可以在本申请的提交日提供可以替代实施方式的各种等同例和变型例。
在附图中，为了便于描述和清楚起见，夸大、省略或示意性地示出了每个部件的尺寸或构成该部件的特定部分。因此，每个元件的尺寸不能完全反映实际尺寸。此外，将排除与公知功能或构造有关的详细描述，以免不必要地模糊本发明的主题。
图1是示出根据的本发明的一个实施方式的电极组件的立体图，并且图2是示出沿图1的线A-A剖切的电极组件的主要部分的侧剖视图。
参照图1和图2，在根据本发明的一个实施方式的电极组件10中多个负极11和正极13交替且重复地堆叠，并且隔膜15布置在多个负极11和正极13之间，该电极组件10包括：负极接头部分20，其形成在电极组件10的一端上，并且从多个负极11延伸；正极汇流条40，其在电极组件10的所述一端上与负极接头部分20间隔开，并且电连接多个正极13；正极接头部分30，其形成在电极组件10的与所述一端相对的另一端上，并且从多个正极13延伸；以及负极汇流条50，其在电极组件10的所述另一端上与正极接头部分30间隔开，并且电连接多个负极11。
正极13可以是铝集电极，并且包括涂覆有正极活性材料的正极涂覆部分和未涂覆有正极活性材料的正极非涂覆部分。
正极活性材料可以是含锂的过渡金属氧化物或锂硫族化合物，例如LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2和LiMnO4。
例如，通过将正极活性材料施加到铝集电极的至少一个表面的一部分上而形成正极涂覆部分，并且铝集电极的不施加正极活性材料的其它部分可以用作正极非涂覆部分。
正极接头部分30可以电连接至正极非涂覆部分以从正极13延伸。
负极11可以是铜集电极，并且包括涂覆有负极活性材料的负极涂覆部分和未涂覆有负极活性材料的负极非涂覆部分。
负极活性材料可以是诸如结晶碳、无定形碳、碳复合物和碳纤维之类的碳材料、锂金属、锂合金等。
例如，通过将负极活性材料施加到铜集电极的至少一个表面的一部分上而形成负极涂覆部分，并且铜集电极的不施加负极活性材料的其它部分可以用作负极非涂覆部分。
负极接头部分20电连接至负极非涂覆部分以从负极13延伸。
可以例如通过将聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-HFP共聚物)施加到选自由聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)、以及聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)共聚物构成的组的基础材料上而制造隔膜。
正极汇流条40可以形成为从电极组件10的正极13延伸成在电极组件10的形成有负极接头部分20的一端上与负极接头部分20间隔开的集电极。该正极汇流条40可以电连接多个正极13以使电流能够流动，同时与负极接头部分20间隔开以防止与负极接头部分20短路。
正极汇流条40可以由铝材料制成。
负极汇流条50可以形成为从电极组件10的负极11延伸成在电极组件10的形成有正极接头部分30的一端上与正极接头部分30间隔开的集电极。该负极汇流条50可以电连接多个负极11以使电流能够流动，同时与正极接头部分30间隔开以防止与正极接头部分30短路。
负极汇流条40可以由铜材料制成。
在中型或大型二次电池中，由于厚度增加，可能积蓄热，从而使电池内部的温度升高，并且积蓄的热可能导致二次电池的温度升高。
正极汇流条40和负极汇流条50可以在关于电极组件10的中心部分C的对角线对称的位置形成。即，通过最大化正极汇流条40和负极汇流条50之间的分离距离，由于电流的流动所产生的热消散可以分布在整个电极组件10上，因此会有防止二次电池的温度升高和提高安全性的效果。
正极汇流条40和负极汇流条50中的每一者均形成为多个，以确保电子传输路径均匀地位于整个电极组件上，因此会有防止电流密度偏差、通过热分布提高安全性并提高输出的效果。
参照图2，根据本发明的另一实施方式，可以在电极组件10的正极汇流条40和负极11之间安装诸如橡胶或塑料之类的绝缘构件60。
绝缘构件60可以安装在电极组件10的正极汇流条40与负极11之间，以使正极汇流条40与负极11绝缘，从而防止正极汇流条40和负极11之间短路。
此外，绝缘构件60可以安装在电极组件10的负极汇流条50与正极13之间，以使负极汇流条50与正极13绝缘，从而防止负极汇流条50与正极之间短路。
下文中，将参照附图描述用于制造根据本发明的一个实施方式的电极组件的方法。
图3是顺序示出用于制造根据本发明的一个实施方式的电极组件的方法的流程图。
如图3中所示，用于制造根据本发明的该实施方式的电极组件的方法可以包括堆叠步骤(S1)、负极焊接步骤(S2)和正极焊接步骤(S3)。
图4是示出用于制造根据本发明的实施方式的电极组件的方法中的堆叠步骤的示意性侧视图。
如图4中所示，在堆叠步骤(S1)中，电极和隔膜可以交替堆叠以形成单个电极堆叠。这里，负极11可以包括负极延伸部分50a，该负极延伸部分50a是在一端比正极13和隔膜15长的部分。另外，正极13可以包括正极延伸部分40a，该正极延伸部分40a是在另一端比负极11和隔膜15长的部分。
此外，在堆叠步骤(S1)中，所述一端上形成有正极接头部分30的正极13、隔膜15和在所述一端上包括负极延伸部分50a的负极11可以顺序堆叠。
另外，在堆叠步骤(S1)中，所述另一端上形成有负极接头部分20的负极11、隔膜15和所述另一端上包括正极延伸部分40a的正极13可以顺序堆叠。
因此，堆叠步骤可以是指顺序堆叠所述一端上形成有正极接头部分30并且所述另一端上包括正极延伸部分40a的正极13、隔膜15以及所述一端上包括负极延伸部分50a并且所述另一端上形成有负极接头部分20的负极11。
图5是示出在用于制造根据本发明的实施方式的电极组件的方法中负极和正极的焊接步骤的示意性侧视图。
如图5中所示，可以在负极焊接步骤(S2)中将包括在多个负极11中的多个负极延伸部分50a彼此焊接。这里，当将负极延伸部分50a彼此焊接时，可以焊接在负极延伸部分50a中与正极接头部分30间隔开的部分。
可以在正极焊接步骤(S3)中将包括在多个正极13中的正极延伸部分40a彼此焊接。这里，当将正极延伸部分40a彼此焊接时，可以焊接在正极延伸部分40a中与负极接头部分20间隔开的部分。
如上所述，焊接在负极延伸部分50a中与正极接头部分30间隔开的部分，焊接在正极延伸部分40a中与负极接头部分20间隔开的部分，然后在稍后将描述的负极切割步骤和正极切割步骤中切割未焊接的部分。结果，可以防止短路的风险。即，在负极切割步骤以及正极切割步骤中切割后余留的负极延伸部分50a以及正极延伸部分40a的焊接部分与正极接头部分30和负极接头部分20中的每一者均间隔开并且不接触，因此可以消除短路的风险。
在负极焊接步骤(S2)和正极焊接步骤(S3)中，可以通过超声焊接或热焊接进行对于负极延伸部分50a和正极延伸部分40a中的每一者的焊接。
图6是示出用于制造根据本发明的另一实施方式的电极组件的方法中的切割步骤的示意性侧视图。
如图6中所示，用于制造根据本发明的另一实施方式的电极组件的方法还可以包括切割负极延伸部分50a中的未焊接的部分的负极切割步骤。另外，该方法还可以包括切割正极延伸部分40a中的未焊接的部分的正极切割步骤。通过切割负极延伸部分50a和正极延伸部分40a中未焊接的部分，可以消除负极延伸部分50a和正极接头部分30之间的短路以及正极延伸部分40a和负极接头部分20之间的短路的可能性。
未焊接并切除的部分可以是电极延伸部分40a和50a在平行于电极接头部分20和30的方向上的端部，或者可以是电极延伸部分40a和50a在朝向电极接头部分20和30的方向上的端部。
在正极切割步骤中未被切割而彼此焊接的正极延伸部分40a可以提供正极汇流条40。而且，在负极切割步骤中未被切割而彼此焊接的负极延伸部分50a可以提供负极汇流条50。
另外，参照图6，该方法还可以包括第一绝缘构件安装步骤，该第一绝缘构件安装步骤是在负极汇流条50与电极堆叠的正极13之间安装绝缘构件60以防止短路。
此外，该方法还可以包括第二绝缘构件安装步骤，该第二绝缘构件安装步骤是在正极汇流条40和电极堆叠的负极11之间安装绝缘构件60以防止短路。
图7是示出根据本发明的一个实施方式的二次电池的立体图。
参照图1、图2和图7，根据本发明的实施方式的二次电池包括电极组件10，电极组件10中多个负极11和正极13交替且重复地堆叠，并且隔膜15布置在多个负极11和正极13之间，该二次电池包括：负极接头部分20，其形成在电极组件10的一端上并且从多个负极11延伸；正极汇流条40，其在电极组件10的所述一端上与负极接头部分20间隔开，并电连接多个正极13；正极接头部分30，其形成在电极组件10的与所述一端相对的另一端上，并且从多个正极13延伸；以及负极汇流条50，其在电极组件10的所述另一端上与正极接头部分30间隔开，并且电连接多个负极11。
电极组件10可以与电解质一起容纳在诸如罐构件或袋之类的壳体3中。
根据如上所述的本发明，通过确保电极组件内部的电子传输路径，具有使电流密度的偏差最小化的效果。
根据本发明，通过确保电极组件内部的电子传输路径，具有提高输出的效果。
尽管已经参照如上所述的示例性附图描述了电极组件和用于制造该电极组件的方法，但是本发明不限于以上描述以及示出的实施方式和附图，并且本发明所属领域的普通技术人员可以在所附权利要求书的保护范围之内做出各种实施方式。

Claims (18)

1.一种电极组件(10)，在该电极组件中多个负极(11)和多个正极(13)交替且重复地堆叠，并且隔膜(15)布置在所述多个负极(11)和所述多个正极(13)之间，该电极组件包括：
负极接头部分(20)，所述负极接头部分形成在所述电极组件(10)的一端上，并且从所述多个负极(11)延伸；
正极汇流条(40)，所述正极汇流条在所述电极组件(10)的所述一端上与所述负极接头部分(20)间隔开，并且电连接所述多个正极(13)；
正极接头部分(30)，所述正极接头部分形成在所述电极组件(10)的与所述一端相对的另一端上，并且从所述多个正极(13)延伸；以及
负极汇流条(50)，所述负极汇流条在所述电极组件(10)的所述另一端上与所述正极接头部分(30)间隔开，并且电连接所述多个负极(11)。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正极汇流条(40)和所述负极汇流条(50)形成在关于所述电极组件(10)的中心部分(C)的对称位置中。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正极汇流条(40)和所述负极汇流条(50)中的每一者均形成为多个。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正极汇流条(40)形成为从所述正极(13)延伸的集电极，并且所述负极汇流条(50)形成为从所述负极(11)延伸的集电极。
5.根据权利要求1或4所述的电极组件，所述电极组件包括绝缘构件(60)，所述绝缘构件安装在所述电极组件(10)的所述正极汇流条(40)和所述负极(11)之间以使所述正极汇流条(40)与所述负极(11)绝缘，或者安装在所述电极组件(10)的所述负极汇流条(50)和所述正极(13)之间以使所述负极汇流条(50)与所述正极(13)绝缘。
6.一种用于制造电极组件的方法，所述方法包括：
交替地堆叠电极和隔膜以形成电极堆叠的堆叠步骤(S1)，其中通过使用包括负极延伸部分(50a)的负极(11)和包括正极延伸部分(40a)的正极(13)而形成所述电极堆叠，所述负极延伸部分(50a)是在所述电极堆叠的一端比所述正极(13)和隔膜(50)长的部分，所述正极延伸部分(40a)是在所述电极堆叠的另一端比所述负极(11)和所述隔膜(50)长的部分；
负极焊接步骤(S2)，所述负极焊接步骤焊接包括在多个负极(11)中的多个负极延伸部分(50a)；以及
正极焊接步骤(S3)，所述正极焊接步骤焊接包括在多个正极(13)中的多个正极延伸部分(40a)。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述堆叠步骤(S1)中，
将所述一端上形成有正极接头部分(30)的所述正极(13)、所述隔膜(15)和所述一端上包括所述负极延伸部分(50a)的所述负极(11)顺序堆叠。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，当在所述负极焊接步骤(S2)中将所述负极延伸部分(50a)彼此焊接时，
所述负极延伸部分(50a)中的与所述正极接头部分(30)间隔开的部分被焊接。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述堆叠步骤(S1)中，
将所述另一端上形成有负极接头部分(20)的所述负极(11)、所述隔膜(15)和所述另一端上包括所述正极延伸部分(40a)的所述正极(13)顺序堆叠。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，当在所述正极焊接步骤(S3)中将所述正极延伸部分(40a)彼此焊接时，
所述正极延伸部分(40a)中的与所述负极接头部分(20)间隔开的部分被焊接。
11.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述负极焊接步骤(S2)和所述正极焊接步骤(S3)中，
所述负极延伸部分(50a)和所述正极延伸部分(40a)中的每一者均通过超声波焊接或热焊接而焊接。
12.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括：负极切割步骤，该负极切割步骤切割所述负极延伸部分(50a)中的不彼此焊接的部分。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述负极切割步骤中未被切割而彼此焊接的所述负极延伸部分(50a)提供负极汇流条(50)。
14.根据权利要求13所述的方法，该方法还包括第一绝缘构件安装步骤，该第一绝缘构件安装步骤安装绝缘构件(60)以使所述负极汇流条(50)与所述电极堆叠的所述正极(13)绝缘。
15.根据权利要求6所述的方法，该方法还包括正极切割步骤，该正极切割步骤切割所述正极延伸部分(40a)中的不彼此焊接的部分。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述正极切割步骤中未被切割而彼此焊接的所述正极延伸部分(40a)提供正极汇流条(40)。
17.根据权利要求16所述的方法，该方法还包括第二绝缘构件安装步骤，该第二绝缘构件安装步骤安装绝缘构件(60)以使所述正极汇流条(40)与所述电极堆叠的所述负极(11)绝缘。
18.一种二次电池(1)，该二次电池包括电极组件(10)，在所述电极组件中，多个负极(11)和多个正极(13)交替且重复地堆叠，并且隔膜(15)布置在所述多个负极(11)和所述多个正极(13)之间，该二次电池包括：
负极接头部分(20)，所述负极接头部分形成在所述电极组件(10)的一端上，并且从所述多个负极(11)延伸；
正极汇流条(40)，所述正极汇流条在所述电极组件(10)的所述一端上与所述负极接头部分(20)间隔开，并且电连接所述多个正极(13)；
正极接头部分(30)，所述正极接头部分形成在所述电极组件(10)的与所述一端相对的另一端上，并且从所述多个正极(13)延伸；以及
负极汇流条(50)，所述负极汇流条在所述电极组件(10)的所述另一端上与所述正极接头部分(30)间隔开，并且电连接所述多个负极(11)。
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