CN111386625A - 具有设置为最外面电极的负电极的电极组件及包括其的锂离子二次电池 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的一种电极组件包括：具有电极板对和隔膜的至少一个单元电池，该电极板对具有彼此不同的极性，并且隔膜插入在电极板对之间；电极混合物，其施加在该电极板对的一个表面或者两个表面上；以及电极接片，其位于电极板的相应边缘上，同时，处于在其上未被施加电极混合物的状态。电极接片包括电极并联连接接片和电极引线连接接片。在电极板上形成有电极并联连接接片和电极引线连接接片之中的至少一个电极接片。最外面电极板处于负电极状态。

Description

具有设置为最外面电极的负电极的电极组件及包括其的锂离 子二次电池
技术领域
本公开涉及一种包括电极组件的锂离子二次电池，该电极组件具有被如下配置的结构：抑制电极和电极端子的破裂(该破裂是电池的机械问题并且会在柔性环境中由于重复外力的弯曲和变形而发生)，通过将负电极布置为电极组件的最外面电极提高可加工性并最小化能量密度的损失，并且增强弯曲耐久性和安全性。
背景技术
二次电池是指与不能充电的一次电池相反而能够被充电和放电的电池，并且已经被广泛地用于诸如蜂窝电话、笔记本计算机、便携式摄像机等的高级电子设备领域的领域。随着便携式电子设备被制造得更轻并具有改善的性能以及物联网(IoT)发展，正在对用作其电源的二次电池进行大量研究。
具体地说，与主要用作便携式电子设备的电源的镍镉电池或镍氢电池相比，锂二次电池具有更高的电压，并且每单位重量的能量密度也较高。因此，对锂二次电池的需求正在增加。
当正电极和负电极在其被插入到电解质中的同时彼此连接时，二次电池利用在电解质与正电极和负电极之间发生的电化学反应。与传统的一次电池不同，二次电池是可充电和可放电的电池，其在电子设备消耗能量时能够通过充电器进行能量再充电并再次使用。因此，二次电池的使用已经随着无线电子设备的普及而增加。
通常，隔膜插入在正电极与负电极之间然后螺旋缠绕在一起的凝胶卷型电极组件，或者多个正电极和负电极堆叠并且隔膜插入在正电极与负电极之间的堆叠型电极组件已经用作锂二次电池。例如，通过将凝胶卷型电极组件容纳在圆柱形罐中，向其中注入电解质并密封罐来制造圆柱形电池，并且通过将凝胶卷型电极组件或堆叠型电极组件按压为扁平的并将扁平电极组件容纳在棱柱形罐中，来制造棱柱形电池。另外，通过将凝胶卷型电极组件或堆叠型电极组件与电解质一起包装在软包型壳体中来制造软包型电池。在这种电极组件中，正电极接片和负电极接片分别从正电极和正电极引出到电极组件的外部，然后与二次电池的正电极和负电极连接。
同时，位于沿垂直方向堆叠的多个正电极和负电极上的电极接片与电极引线连接。在直接焊接期间，电极接片与电极引线之间的传统的接合结构的一致性略有降低。因此，当电池在使用期间弯曲等时，在电极接片与电极引线之间的接合中发生问题。
当包括电极组件和覆盖电极组件的壳体的传统的锂二次电池经受弯曲测试时，由于覆盖的损坏以及作为电极组件中的部件的正电极、负电极、电极引线和隔膜的偏离和不对准而引起短路。在许多情况下，传统的锂二次电池的端子部分容易被外部冲击或力切断，从而容量急剧降低，并且电池无法执行其原始功能。
将参照韩国专利公开No.10-2013-0063709来说明软包型电池，该专利公开了一种软包型二次电池，其中，两个电极、隔膜和电解质被布置在软包中并密封，并且所述软包包括内部树脂层、金属箔层和外部树脂层，并且具有比金属箔层小的反应性的缓冲层形成在内部树脂层与金属箔层之间。在这种情况下，具有比金属箔层小的反应性的缓冲层被添加，因此，即使在内部树脂层被损坏(诸如，微裂纹)时，该缓冲层也能够抑制金属箔层的氧化。因此，可以抑制对电池外部的腐蚀。然而，金属箔在弯曲期间基本上易受变形(例如，起皱)影响，因此会导致柔性电池的性能下降。
根据传统技术，当通常的电池组件被弯曲时，压缩应力被施加到内部弯曲部分，而拉伸应力被施加到相对侧。因此，覆盖电池的电极组件的壳体也膨胀或收缩，因此局部发生机械损坏。因此，已经需要一种新型柔性电池组件，在该新型柔性电池组件中，柔性电池的壳体被改善，并且构成电极组件的电极、电极接片和电极引线的结构被改善。
专利文件1：KR10-2013-0063709A
本发明的公开内容
本发明所要解决的问题
因此，本公开提供一种电极组件，在该电极组件中，多个电极沿垂直方向堆叠并且负电极布置为最外面的电极，从而在柔性电池弯曲时抑制电极和电极端子的破裂，改善可加工性，最小化能量密度的损失，并且增强弯曲耐久性和安全性。
解决问题的方法
为了解决上述问题，根据本公开的一方面的电极组件包括：一个或更多个单元电池，每个单元电池包括具有不同极性的电极对，其中隔膜插入在该电池对之间；电极混合物，其涂覆在该电极对的一个或两个表面上；以及电极接片，其位于每个电极的边缘上并且未涂覆有电极混合物，并且电极接片包括电极并联连接接片和电极引线连接接片，并且电极并联连接接片和电极引线连接接片中的任何一个或更多个形成在电极上，并且负电极布置并堆叠为所述电极组件的最外面电极。
最外面电极具有电极并联连接接片和电极引线连接接片二者。
在具有不同极性并且仅包括电极并联连接接片的电极对中，涂覆在该电极对中的负电极上的负电极混合物的尺寸被设定为大于涂覆在正电极上的正电极混合物的尺寸，因此负电极混合物的拐角被设定为相对于正电极混合物的拐角向外部偏离小于5mm，并且每单位面积的负电极容量是每单位面积的正电极容量的1倍至1.2倍。
在仅包括电极并联连接接片的负电极以及包括电极并联连接接片和电极引线连接接片二者的正电极彼此面对并且在负电极与正电极之间插入有隔膜的状态下，涂覆在仅包括电极并联连接接片的负电极上的负电极混合物的尺寸被设定为大于包括电极并联连接接片和电极引线连接接片二者的正电极的尺寸，因此，仅包括电极并联连接接片的负电极的拐角被设定为相对于正电极混合物的拐角向外部偏离，并且仅包括电极并联连接接片的负电极覆盖形成在正电极的接片-引线接合部分。
所述电极组件的电极之中的布置在最上面段和最下面段中的每一者上的最外面负电极的一个表面涂覆有电极混合物。
所述电极组件还包括加强接片，加强接片焊接并固定在所述电极组件中包括的电极接片之中的任何一个电极引线连接接片上。
接合在所述电极组件中包括的电极接片之中的任何一个电极引线连接接片上的电极引线还具有弯曲结构，弯曲结构在朝向所述电极组件焊接的状态下朝向所述电极组件的外部沿180°相反方向弯曲。
具有电极引线连接接片和电极引线使用加强接片叠置的结构的接片-引线接合部分插入并对准在隔膜中。
电极引线连接接片和具有弯曲结构的电极引线彼此接合的接片-引线接合部分插入并对准在隔膜中。
为了解决上述问题，根据本公开的另一方面的锂离子二次电池包括：电极组件；以及覆盖所述电极组件的壳体，并且壳体具有上压制部分和下压制部分，上压制部分和下压制部分重复压制以覆盖所述电极组件的外部。
多个上压制部分和下压制部分与所述电极组件和壳体的宽度平行地相继形成。
本发明的效果
根据本公开，在包括沿垂直方向堆叠的多个电极与隔膜的电极组件中，至少一个电极包括电极并联连接接片和电极引线连接接片，并且负电极布置为最外面电极以改进该结构。因此，可以抑制电极和电极端子的破裂(该破裂是电池的机械问题并且会在柔性环境中由于重复外力的弯曲和变形而发生)。此外，通过将负电极布置为最上面段和最下面段中的每一者上的最外面电极，可以提高可加工性并最小化能量密度的损失，并且增强弯曲耐久性和安全性。
附图说明
图1是根据本公开的柔性电池中包括的电极组件的示例性配置的图示。
图2是根据本公开的实施例的将负电极布置为最外面电极的电极组件的分解图。
图3和图4示出电极组件的多个电极和多个电极之间的隔膜的布置。
图5A至5F是正电极或负电极布置为最外面电极的各种电极组件的分解图。
图6示出在正电极布置为电极组件的最外面电极的状态下取决于负电极混合物和正电极混合物的尺寸，在充电/放电期间锂在负电极上的沉淀。
图7示出涂覆在具有不同极性并且仅包括根据本公开的电极并联连接接片的电极对上的负电极混合物和正电极混合物的尺寸。
图8示出分别位于仅包括电极并联连接接片的负电极以及包括电极并联连接接片和电极引线连接接片二者的正电极上的负电极混合物和正电极混合物的尺寸。
图9示出包括电极组件以及覆盖电极组件的壳体的柔性电池。
图10示出与柔性电池中包括的壳体的宽度平行地形成的上压制部分和下压制部分的图案。
图11示出形成在壳体中的上压制部分和下压制部分的具体形状
图12的图形示出在负电极布置为电极组件的最外面电极的情况下，在正电极布置为最外面电极的情况下以及在普通电池中，在充电/放电期间的弯曲次数。
图13A至图13C的示图被提供用于说明根据本公开的取决于电极的宽度和引线连接接片的宽度的实施例。
图14的示图被提供用于说明根据本公开的实施例的用于通过堆叠电极改善电池的柔韧性的方法。
图15的图形示出根据本公开的实施例的对均包括通过将正电极或负电极布置为最外面电极并且为每个电极引线连接接片设定不同宽度而制造的电极组件的电池进行弯曲测试的结果。
实现本发明的最佳方式
在下文中，将参照附图来描述根据本公开的柔性电池。
提供以下示例性实施例仅是为了理解本公开，而不意图限制本公开的正确范围。因此，在与本公开相同的范围内执行相同功能的发明也包括在本公开的正确范围内。
在下文中，将参照附图详细描述本公开的一些实施例。当参考标号指代每个附图的部件时，尽管在不同的附图中示出了相同的部件，但是相同的部件尽可能由相同的参考标号来指代。另外，如果认为相关的已知配置或功能的描述会使本公开的主旨模糊，则将省略其描述。
将参照图1和图2来描述根据本公开的实施例的负电极布置为最外面电极的电极组件。
电极组件100包括负电极10、正电极20、用作负电极与正电极之间的离子传输介质的电解质以及位于电极边缘上并取决于应用而用于电极并联连接和电极引线连接的电极接片。包括负电极10和正电极20的电极中的任何一个或更多个在两侧具有彼此间隔开的电极并联连接接片和电极引线连接接片。例如，布置在电极组件100的最上面段或最下面段上的特定负电极10具有负电极并联连接接片12和负电极引线连接接片14，并且面对负电极10且在它们之间插入有隔膜的特定正电极20具有正电极并联连接接片22和正电极引线连接接片24。
在电极中，电极集流体的一个或两个表面涂覆有电极混合物，并且电极并联连接接片和电极引线连接接片被暴露且未涂覆电极混合物。
具有相同极性的电极通过电极并联连接接片彼此连接。即，多个负电极10和多个正电极20通过连接各接片的接片-接片接合部分来电连接。
同时，电极组件的电极引线连接接片与电极引线之间的电连接提供了电子能够从电极组件移动到壳体外部的路径。隔膜能够位于具有不同极性的电极之间，并阻挡电子的流动，但可以允许电解质中包含的离子通过。
位于负电极10或正电极20的边缘上的电极并联连接接片12或22将具有相同极性的电极彼此并联连接电连接。彼此并联连接的接片-接片接合部分位于隔膜(该隔膜覆盖布置在电极组件的最上面段或最下面段上的最外面电极的外表面)上，然后被抛光和胶粘。
在本公开中，电极上的电极并联连接接片12和22彼此连接的接片-接线接合部分以及电极引线连接接片14和24和电极引线彼此连接的接片-引线接合部分通过包括点电焊、超声波焊接、激光焊接以及利用导电性粘接剂的接合的接合方法中的任意一种方法来彼此电连接。
参照图3，在负电极10和正电极20被依次堆叠并在它们之间插入有隔膜30的状态下，隔膜可以形成为覆盖电极组件的整个外部的锯齿形堆叠。如果根据传统方式简单地堆叠负电极和正电极，则电极组件内的电极和隔膜由于外部弯曲和变形而偏离和不对准，这导致锂的沉淀和内部短路，从而导致安全性下降。然而，在本公开中，锯齿形堆叠以及电极并联连接接片彼此电连接的接片-接片结合部分将电极保持在电极组件内。因此，即使在柔性环境中也可以使偏离和不对准最小化。
图4示出了展开状态，以帮助比较以锯齿形方式堆叠的电极的尺寸并理解该结构。根据本公开的电极组件还可以包括在布置在电极组件的一侧上的电极引线连接接片14和24上的单独的加强接片70。加强接片70接合到电极引线60，因此，使用加强接片70形成具有用于电极引线连接接片14和24与电极引线60的背衬结构的接片-引线接合部分50。使用加强接片70的用于电极引线连接接片14和24与电极引线60的加强接合方法应用于正电极接片和负电极接片中的至少任何一个。
加强接片70加强相应的电极引线连接接片14和24与电极引线60之间的接合部分的强度，从而物理地加强了接合部分。例如，在从电极组件的电极延伸的电极引线连接接片的上段上，由同质或异质金属形成并且厚度是电极引线连接接片的1倍至5倍的加强接片70通过焊接被叠置。叠置的加强接片70和电极引线连接接片可以具有相同的厚度或不同的厚度。叠置的加强接片70可以具有3mm至5mm的宽度和2mm至4mm的长度。然而，这仅是示例，并且本公开不限于此。
具体地，组装在接合到电极引线连接接片的叠置的加强接片70上的电极引线可以具有2mm至3mm的宽度和0.5mm至1mm的长度。然而，这仅仅是示例，并且本公开不限于此。本公开中的电极的集流体可以是由铝、不锈钢和铜组成的组中的任何一种，并且电极引线可以由由铝、镍和镀镍铜组成的组中的任一种材料形成。在用于电极引线连接接片和电极引线的接片-引线接合部分上的叠置的加强接片形成为由圆形、椭圆形和多边形组成的组中的任何一种形状。
另外，与电极组件中包括的电极接片之中的任何一个电极引线连接接片接合的电极引线可以具有弯曲接片结构80，弯曲接片结构80在朝向电极组件焊接的状态下朝向电极组件的外部沿180°相反的方向弯曲。因此，可以在柔性环境中以最小化的局部机械负载获得电极接片与电极引线之间的接合加强结构。这种通过弯曲接合电极引线连接接片和电极引线60的方法能够应用于正电极接片和负电极接片中的至少任意一个。接合在电极引线连接接片上的电极引线60可以具有2mm至3mm的宽度和1mm至3mm的长度。然而，这仅是示例，并且本公开不限于此。
同时，电极引线连接接片14和24在其使用加强接片70接合到电极引线60的接片-引线接合部分50以及电极引线连接接片接合到具有弯曲接片结构80的电极引线60的接片-引线接合部分50插入并对准(即，布置)在隔膜中。因此，可以通过抑制作为柔性电池的最大弱点的端子部分暴露到外部来保护柔性电池。
在图4中，涂覆在包括电极引线连接接片和电极并联连接接片二者的电极B和B’中的每一者上的混合物层的面积小于涂覆在仅包括电极并联连接接片的电极C上的混合物层的面积。
此外，电极B和B’之中位于外部的电极B的混合层的尺寸大于位于内侧的电极B’的混合层的尺寸。因此，可以减少锂在负电极拐角附近的沉淀。
在本公开中，电极B用作最外面电极，其是负电极，并且电极B’是面对最外面电极的正电极，并在它们之间插入有隔膜。即，在电极组件中，作为负电极的电极B布置在最下面段，作为正电极的电极B’布置在电极B的正上方，仅包括电极并联连接接片的电极C作为负电极布置在电极B’上。同时，均仅包括电极并联连接接片的普通电极可以进一步布置在电极B’与电极C之间。
图5A至5F是正电极或负电极布置为最外面电极的各种电极组件的分解图。
图6示出在正电极布置为电极组件的最外面电极的状态下取决于负电极混合物和正电极混合物的尺寸，在充电/放电期间锂在负电极上的沉淀。
作为抑制在柔性电池的弯曲期间最容易损毁的接片-引线接合部分的损坏的方法，接片-引线接合部分布置在电极内部而不是暴露于外部。这样做的最有效方法是使涂覆在包括电极并联连接接片和电极引线连接接片二者的电极上的混合物层的尺寸小于仅包括电极并联连接接片的电极的尺寸。
如参照图5A、图5B和图6所示，当正电极布置为最外面电极时，需要相应地减小面对包括电极引线连接接片的负电极的正电极上的混合物层的尺寸。这是因为，如果不这样，则在充电期间从正电极泄漏的锂在负电极的拐角附近沉淀，从而导致容量和效率的降低以及电阻的增加，并且沉淀的锂生长为针状，这会在电池内引起隔膜损坏和内部短路。
参照图5A，当正电极布置为电极组件的最外面电极时，最外面正电极的单个表面需要被涂覆，布置为中间层的正电极需要具有未涂覆有混合物的区域，从而在整个区域中，包含正电极活性材料的正电极混合物涂覆层面对包含负电极活性材料的负电极混合物涂覆层。
另外，参照图5B，作为另一种方法，最外面正电极的单个表面需要被涂覆，包括电极并联连接接片和电极引线连接接片二者的负电极的尺寸以及位于均仅包括电极并联连接接片而不包括电极引线连接接片的负电极之间的正电极的尺寸需要小于仅包括电极并联连接接片的另一正电极的尺寸。即，不使用需要布置正电极混合物层的局部区域501，因此能量密度降低。另外，在电极被堆叠的电极组件的厚度方向上的厚度台阶在负电极引线-接片接合部分的周围增加，因此，在弯曲期间，接合部分的破裂会导致柔性电池的质量下降。
参照图5C，由不与电解质反应并阻止离子流动的基于丙烯酸或氨基甲酸酯的惰性材料形成的柔性构件502(诸如，胶带、粘合剂或树脂)需要添加到负电极和正电极彼此不面对的部分502上。
然而，为了执行上述方法，需要制造各种尺寸的各种电极，这些电极包括：作为正电极和负电极的仅包括并联连接接片的电极以及包括并联连接接片和引线连接接片二者的电极。此外，即使考虑到正电极与负电极之间的接触表面，也需要设计和管理电极，并且需要使用额外的材料。因此，可加工性非常低，这导致制造成本增加，并且能量密度变低。
参照图5D和图5E，当均包括引线连接接片和并联连接接片二者的电极不偏向任一最外侧时，即使在电极组件的电极之中负电极布置在最外侧上，均仅包括并联连接接片的正电极的尺寸也需要彼此不同，以如图5D所示具有台阶部分503，或者需要具有未被涂覆混合物层的部分504，因此，如图5E所示，由于接片-引线接合部分布置在电极组件内部，正电极活性材料不发生反应。
然而，需要制造各种尺寸的各种电极，这些电极包括：作为正电极和负电极的仅包括并联连接接片的电极以及包括并联连接接片和引线连接接片二者的电极。此外，即使考虑到正电极与负电极之间的接触表面，也需要设计和管理电极。因此，可加工性非常低，这导致制造成本增加。
此外，参照图5F，如果电极引线连接接片布置在电极组件的电极之间而不是沿电极厚度的方向在任一最外侧上，则需要制造各种尺寸的电极并对其进行管理以免在电池充电期间形成枝晶。
另外，如果电极引线布置在电极组件的中间部分中，则由于内部电极的厚度台阶(例如，505)，在诸如弯曲和扭曲的使用环境中电池的耐久性会变弱。因此，如果通过在台阶部分505中填充柔性惰性材料而不补偿台阶部分505，则具有低机械强度和低柔韧性的部分会破裂和切断。因此，性能会降低或无法驱动电池。
即，鉴于上述情况，期望设计一种电极引线以及包括偏向电极组件的电极之中的最外侧的引线连接接片的电极。
另外，参照图6，如果正电极布置为电极组件的最外面电极，并且内部正电极不面对内部负电极，即，正电极混合物层比负电极混合物层长(601)，则由于在特定部分锂的沉淀导致性能下降，并且会由于枝晶发生安全问题。如果电极组件的最外面电极的两个表面都涂覆有正电极混合物，则来自外部正电极混合物层的锂离子移动到负电极并与负电极发生反应，这会导致安全问题。
参照图7和图8示出针对电极混合物层设计合适面积，以解决上述问题的方法。
如果有助于电池容量的正电极混合物层的尺寸被减小以抑制上述现象，则能量密度也相应降低，这是不期望的。
同时，当在两个表面上涂覆正电极混合物层时，涂覆的尺寸需要不同，这导致制造期间的工艺能力下降。因此，根据本公开，期望将负电极布置为电极组件的最外面电极。
图7示出涂覆在具有不同极性并且均仅包括电极并联连接接片的电极对中的负电极上的负电极混合物的尺寸被设定为大于涂覆在正电极上的正电极混合物的尺寸。负电极混合物的拐角被设计成相对于正电极混合物的拐角向外部偏离小于5mm的差d。在此，每单位面积的负电极容量是每单位面积的正电极容量的1倍至1.2倍。
图8示出在仅包括电极并联连接接片的负电极以及包括电极并联连接接片和电极引线连接接片二者的正电极彼此面对并且在它们之间插入有隔膜的状态下，涂覆在仅包括电极并联连接接片的负电极上的负电极混合物的尺寸被设定为大于包括电极并联连接接片和电极引线连接接片的正电极的尺寸。负电极混合物的拐角被设计成相对于正电极混合物的拐角向外部偏离小于5mm的差d。另外，电极接片与电极端子之间的连接部分，即，形成在正电极上的接片-引线接合部分50(其是柔性电池中的物理上最弱的部分)布置在电极组件内部。因此，可以抑制薄弱部分处的破裂或切断。为此，仅包括电极并联连接接片的负电极的长度可以被设计成比形成在包括接片-引线接合部分50的正电极的边缘上并且未涂覆有正电极混合物的电极接片的长度大D。换句话说，期望地，仅包括电极并联连接接片的负电极覆盖包括电极并联连接接片和电极引线连接接片二者的正电极。通过该构造，能够改善柔性电池的电极接片-端子接合部分的弯曲耐久性。
参照图9，具有上压制部分和下压制部分被重复压制的结构的壳体200布置为覆盖根据本公开的电极组件的外部。
参照图10，重复压制在壳体上的多个上压制部分和下压制部分具有重复的图案和形状，因此能够在弯曲、扭曲或起皱期间，压缩和拉伸包括电极组件的柔性电池。
多个上压制部分和下压制部分与电极组件和壳体的宽度平行地相继形成。
多个上压制部分和下压制部分分别由上模具和下模具压制。
覆盖电极组件的外部的壳体可以包括基于密封部分230中的红色虚线在电极组件上的上壳体210和下壳体220。即，重复地形成在壳体上的多个上压制部分212和222以及多个下部压制部分214和224是基于密封部分对称的，并且对称地压制在上壳体210和下壳体220上。在这种状态下，密封部分以垂直对称的方式弯曲，然后，电极组件容纳在壳体内部。
作为上壳体210与下壳体220之间的划分基础的密封部分可以具有3mm至5mm的宽度，并且实质密封可以具有1mm至2mm的宽度。然而，这仅是示例，并且本公开不限于此。
参照图11，在壳体上重复的多个上压制部分的高度h可以与在壳体上重复的多个下压制部分的高度h’相同(h＝h’)。
在壳体上重复的多个上压制部分和下压制部分的高度h和h’可以在0.5mm至1mm的范围内，并且具有0.75mm的最佳值。然而，这仅是示例，并且本公开不限于此。
另外，在壳体上彼此相邻的多个上压制部分的峰之间的宽度a可以与多个下压制部分的谷之间的宽度b相同(a＝b)，因此，形成波图案。
在本公开中，负电极布置为电极组件中的最外面电极以抑制在柔性电池的弯曲期间电极端子的破裂，所述电极组件包括在竖直方向上堆叠的多个电极，并且隔膜插入在所述多个电极之间。
图12的图形是示出根据本公开的实施例的在负电极布置为最外面电极的情况下，在正电极布置为最外面电极的情况下以及在不包括单独的电极并联连接接片和电极引线连接接片的普通电池中，在充电/放电期间取决于弯曲次数的电压变化。这是在25mm的曲率半径和每分钟20次的弯曲速度的测试条件下执行重复弯曲的同时在充电/放电期间实时监测电压的结果。
图12示出对负电极用作最外面电极的电池以及正电极用作最外面电极的电池进行弯曲测试的结果。在上述普通电池中，电极引线-接片接合部分在弯曲30次之前损毁。在正电极用作最外面电极的电池中，在弯曲约3800次后产生电压噪声，然后电压在充电期间急剧下降。同时，在根据本公开的负电极用作最外面电极的电池中，电极的端子部分没有被损坏，并且即使在弯曲6,000次之后也执行正常的电化学操作。
即，在根据本公开的电极组件中，具有不同极性并在它们之间插入有隔膜的正电极和负电极被顺序地堆叠，并且在最上面段和最下面段中的每一者上，负电极布置为最外面电极。因此，可以改善可加工性并使能量密度的损失最小化，并且还可以改善弯曲耐久性和安全性。
图13A至图13C的示图被提供用于说明根据本公开的取决于电极的宽度和引线连接接片的宽度的实施例。
参照图13A，第一电极Electrode 1的电极宽度和引线连接接片的宽度分别为Wn1和Wn2，第二电极Electrode 2的电极宽度和引线连接接片的宽度分别为Wp1和Wp2。
图13A的示图被提供用于说明Wn2等于或大于Wn1的一半并且Wp2等于或大于Wp1一半的情况。根据本实施例，如果彼此相邻的电极具有相同的电极宽度Wn1和Wp1，则彼此相邻的各个电极的引线连接接片的宽度Wn2和Wp2被设计为等于或大于电极宽度Wn1和Wp1的一半，因此，电极可以布置为彼此部分叠置。
对于传统的柔性电池，电极接片和电极引线彼此接合的接片-引线接合部分形成在电极组件的隔膜的外部并且暴露于外部。因此，在诸如弯曲的柔性环境中，耐久性降低，因此，在许多情况下，电极会分离，或者未涂覆有混合物的电极接片会损坏和切断。
为了解决这个问题，在本公开中，电极接片和电极引线彼此接合的接片-引线接合部分布置在电极组件的隔膜内部。然而，即使在这种情况下，如果更重复地施加外力，则电极接片在隔膜内部也会被损坏并切断。这是由于电极接片、接片-引线接合部分和在隔膜内部以不同尺寸堆叠的电极之间形成的厚度台阶引起在弯曲期间沿着台阶部分形成的材料变形而导致的。因此，下面本公开提出了一种用于制造柔性电池的方法，以最小化电极组件内的厚度台阶，从而解决上述问题。
如果具有不同极性并分别与正电极引线和负电极引线连接的各个电极的电极接片布置在隔膜外部，以使其在相同方向上位于同一行上，则在具有不同极性的各个电极的电极接片彼此电连接时，发生内部短路，这会导致安全问题。即，为了抑制该问题的发生，具有不同极性的各个电极的电极接片在相反的方向上分开或彼此间隔开，从而彼此不叠置。各个电极的电极接片的宽度取决于各个电极的电极接片之间的位置关系来确定。
然而，在本公开中，电极接片位于电极组件的隔膜内部，并且电极接片和电极引线彼此接合的接片-引线接合部分能够形成在隔膜内部。因此，具有不同极性的各个电极的电极接片可以通过隔膜绝缘。即，在本公开中，能够改善设计形成在各个电极上的电极接片的宽度的自由度。例如，如果如图13A所示具有不同极性的电极的电极宽度分别为Wn1和Wp1，则各个引线连接接片的宽度Wn2和Wp2可以被设计为分别等于或大于电极宽度Wn1和Wp1的一半(红线)。即，即使在视觉/物理上看到各个电极的引线连接接片的宽度Wn2和Wp2彼此部分叠置，每个电极的引线连接接片和接片-引线接合部分也可以通过隔膜分离并且电绝缘。因此，在本公开中，各个电极的引线连接接片的宽度Wn2和Wp2被设计为分别等于或大于电极宽度Wn1和Wp1的一半，因此，可以抑制裂纹以及由于电极组件内的厚度台阶导致的电极接片-引线接合部分处的短路。
对于另一示例，图13B的示图被提供用于说明引线连接接片的宽度(例如，Wn2)与电极宽度(例如，Wn1)相同的情况。参照图13B，第一电极的引线连接接片的宽度1301和第二电极的引线连接接片的宽度1302可以与各个电极的电极宽度相同。在这种情况下，如图13A所示的实施例，接片-引线接合部分和电极接片能够布置在隔膜的内部。因此，可以解决关于电极之间的短路的担忧。
图13C的示图被提供用于说明根据本公开的实施例的用于减小由于在电极接片-引线接合部上未涂覆混合物而导致的厚度台阶的方法。
参照图13C，为了最小化由于在电极接片-引线接合部分上未涂覆混合物而导致的厚度台阶，不与正电极和电解质反应的柔性材料(例如，基于丙烯酸和基于氨基甲酸酯的树脂以及通过混合它们而形成的膜、带或粘合剂)可以插入或附着到与电极引线连接的电极接片区域1303中。在此使用的柔性材料的柔韧性可以等于或高于电极组件中包括的每个电极混合物层的柔韧性。
图14的示图被提供用于说明根据本公开的实施例的用于通过堆叠大量电极改善电池的柔韧性的方法。参照图14，可以通过使用本公开制造具有各种电极堆叠结构和各种数量的堆叠的柔性电池，并且可以提高电池的柔韧性。在此，通过连接电极引线和电极接片形成的接片-引线接合部分位于电极组件的隔膜内部。此外，根据本公开，能够有效地减小在每个电极的电极接片-引线接合部分处形成的厚度台阶，因此，在要求电池的可弯曲性的使用环境中，具有改善的柔韧性的电池能够被稳定地驱动。此外，能够安全地保护电池免受诸如内部短路的危险。另外，如上所述，在本公开中，接合到电极引线的电极引线连接接片的宽度能够被设计为大于传统的柔性电池的宽度。因此，能够确保稳定的电流流动通路，从而能够使电池的内部电阻的增加最小化。此外，能够使由电阻引起的发热最小化，因此可以确保安全性。
图15的图形示出根据本公开的实施例的对均包括通过将正电极或负电极布置为最外面电极并且为每个电极引线连接接片设定不同宽度而制造的电极组件的电池进行弯曲测试的结果。
在此，测试样品包括总共四个样品(作为最外面电极的具有传统的电极接片的负电极、作为最外面电极的具有改进的电极接片的负电极、作为最外面电极的具有传统的电极接片的正电极、作为最外面电极的具有改进的电极接片的正电极)。改进的电极接片是指如上所述的位于电极组件的隔膜内部的电极接片，并且在该电极切片中具有不同极性并且彼此面对且在其之间插入有隔膜的电极之间的引线连接接片区域基于突出区域彼此叠置。
参照图15，使用50％电荷状态的每个样品执行重复的弯曲测试，并监测其电压。
这是在20mm的曲率半径和每分钟25次的弯曲速度的测试条件下执行重复弯曲的同时实时监视电压的结果。根据该结果，在正电极用作电极组件的最外面电极的电池中，在重复弯曲2,000次之前，产生电压噪声，电极引线连接接片被切断，并且电压急剧下降。然而，与正电极用作最外面电极的电池相比，负电极用作电极组件的最外面电极的电池表现出更好的耐久性，并且与包括传统的电极接片的电池相比，包括改进的电极接片的电池表现出更高的耐久性。因此，可以看出，与传统的柔性电池相比，包括作为电极组件的最外面电极的负电极和改进的电极接片的柔性电池在抵抗诸如反复弯曲的外力方面的耐久性优异。

Claims (13)

1.一种电极组件，包括：
一个或更多个单元电池，每个单元电池包括具有不同极性的电极对，其中隔膜插入在所述电极对之间；以及
电极接片，其形成在每个电极上，
其中，所述电极接片包括电极并联连接接片和电极引线连接接片，并且
其中，电极并联连接接片和电极引线连接接片中的至少一个形成在每个电极上，并且
其中，最外面电极布置为负电极。
2.根据权利要求1所述的电极组件，
其中，最外面电极具有电极并联连接接片和电极引线连接接片二者。
3.根据权利要求1或2所述的电极组件，
其中，在具有不同极性并且仅包括电极并联连接接片的所述电极对中，涂覆在所述电极对中的负电极上的负电极混合物的尺寸被设定为大于涂覆在正电极上的正电极混合物的尺寸，并且
负电极混合物的拐角相对于正电极混合物的拐角向外部偏离小于5mm，并且
每单位面积的负电极容量是每单位面积的正电极容量的1倍至1.2倍。
4.根据权利要求1或2所述的电极组件，
其中，当仅包括电极并联连接接片的负电极以及包括电极并联连接接片和电极引线连接接片二者的正电极彼此面对，并且所述隔膜插入在负电极与正电极之间时，涂覆在包括电极并联连接接片的负电极上的负电极混合物的尺寸被设定为大于涂覆在包括电极并联连接接片和电极引线连接接片二者的正电极上的正电极混合物的尺寸，并且
仅包括电极并联连接接片的负电极的拐角相对于正电极混合物的拐角向外部偏离小于5mm，并且
仅包括电极并联连接接片的负电极覆盖形成在正电极上的接片-接合部分。
5.根据权利要求1所述的电极组件，
其中，所述电极组件的电极之中的布置在最上面段和最下面段中的每一者上的最外面负电极的一个表面涂覆有电极混合物。
6.根据权利要求1所述的电极组件，所述电极组件还包括：
加强接片，其形成在所述电极组件中包括的电极接片之中的任何一个电极引线连接接片上。
7.根据权利要求1所述的电极组件，
其中，接合在所述电极组件中包括的电极接片之中的任何一个电极引线连接接片上的电极引线还包括弯曲结构。
8.根据权利要求6所述的电极组件，
其中，具有其中电极引线连接接片和电极引线使用加强接片叠置的结构的接片-引线接合部分位于所述隔膜内部。
9.根据权利要求7所述的电极组件，
其中，电极引线连接接片和具有弯曲结构的电极引线彼此接合的接片-引线接合部分位于所述隔膜内部。
10.根据权利要求1所述的电极组件，所述电极组件还包括：
壳体，其覆盖所述电极组件，并且
其中，所述壳体具有上压制部分和下压制部分，所述上压制部分和所述下压制部分重复压制以覆盖所述电极组件的外部。
11.根据权利要求10所述的电极组件，
其中，多个上压制部分和下压制部分与所述电极组件和所述壳体的宽度平行地形成。
12.根据权利要求1所述的电极组件，
其中，所述电极组件通过堆叠具有不同尺寸的三个或更多个电极来形成。
13.根据权利要求12所述的电极组件，
其中，在所述电极组件中包括的电极之中，包括电极并联连接接片和引线连接接片的正电极具有最小尺寸。
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