CN111557060B - 电极组件、二次电池及二次电池模块 - Google Patents

电极组件、二次电池及二次电池模块 Download PDF

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Abstract

根据本发明的一种电极组件，其中，正极和负极交替层叠，并且在所述正极和所述负极之间布置有隔膜，所述电极组件包括：折叠单元，在该折叠单元中负极单元和正极单元交替插入在隔膜的各层之间，所述隔膜的一侧和另一侧在与所述正极和所述负极层叠的方向垂直的方向上以之字形交替折叠；以及层叠单元，在该层叠单元中均切割成预定尺寸的所述正极、所述隔膜和所述负极顺序地层叠，其中，所述负极布置在所述负极单元的最外层，并且所述正极布置在所述正极单元的最外层，并且所述层叠单元层叠在所述折叠单元的最上层和最下层中的每一者上。根据具有上述构造的本发明，具有Z形折叠结构的折叠单元和具有层压和层叠结构的层叠单元可以彼此结合。因此，在折叠单元中，正极相对于负极可以增加面积以增大容量，并且层叠单元可以布置在折叠单元的最外层上以提高稳定性。

Description

电极组件、二次电池及二次电池模块
技术领域
本发明涉及嵌在二次电池中的电极组件，更具体地，涉及这样的电极组件，其具有层压和层叠方法的相对稳定的结构的优点以及Z形折叠方法的相对较小的容许公差的优点。
背景技术
与一次电池不同，二次电池是可充电的，并且，紧凑的尺寸和高容量的可能性也很高。因此，近来，对可充电电池进行了许多研究。随着技术的发展和对移动装置的需求增加，对作为能源的可充电电池的需求正在迅速增加。
这样的二次电池构造成使得电极组件内置在电池盒(例如，袋、罐等)中。由于其中正极、隔膜、负极层叠的这种结构，内置在电池盒中的电极组件可重复充电和放电。
图1a是示出通过根据现有技术的电极组件之中的层压和层叠过程来制造待层叠在电极组件中的单元电芯4的过程的侧视图，并且图1b是示出在图1a中制造的多个单元电芯4的层叠状态的侧视图。
参照附图，以层压和层叠的方式，连续地退绕以供应以辊的形式卷绕的状态下的正极1、隔膜3、负极2和隔膜3。此处，正极1和负极2中的每一者均切割成预定尺寸，并且与连续供应的隔膜3一起移动，以穿过层压装置。在此，正极1具有正极活性材料施加至正极集流体的表面的结构，并且负极2具有负极活性材料施加至负极集流体的表面的结构。
当穿过层压装置时，可以在正极1、隔膜3、负极2和隔膜3之间施加热和压力以将正极1、隔膜3、负极2和隔膜3彼此结合。在结合状态下，将彼此相邻的正极1和正极1(彼此相邻的负极2和负极2)之间切断，从而连续地制造一个单元电芯4，在该单元电芯4中，正极1、隔膜3、负极2和隔膜3顺序地向下层叠。以预定数量层叠单元电芯4以制造电极组件。
此外，也可以通过Z形折叠方法来制造根据现有技术的电极组件。通过Z形折叠方法制造的电极组件具有这样的结构，其中，将连续供应的隔膜设置在中央，同时正极和负极在两侧交替插入，然后折叠成之字形。从韩国专利公报10-2014-0062761、10-2011-0048839等公知。
在如上所述的层压和层叠方法中，因为待层叠的层彼此结合，所以电极组件与其它制造方法相比可以具有对抗外部冲击的优异耐久性并且稳定。另一方面，因为工艺按照电极和隔膜的层叠、层压、切割和单元电芯的层叠的顺序进行，所以工艺数量大于其它工艺的数量。另一方面，在Z形折叠方法的情况下，与层压和层叠方法相比，加工时间更短，从而获得更高的生产率。
此外，当工艺数量增加时，每个工艺的容许公差可以累积。例如，在层压和层叠方法中，考虑在层叠电极和隔膜的情况下切割正极和负极时的容许公差和切割成单元电芯时的容许公差，来确定容许公差。结果，可以减小通过层压和层叠方法制造的电极组件中的容许公差。因此，存在正极相对于负极的尺寸增大的问题。另一方面，当以Z形折叠方式制造电极组件时，因为工艺数量少，所以正极的尺寸可以大于负极的尺寸。
即，因为电极组件的容量因正极的尺寸大于负极的尺寸而增加，所以正极的尺寸优选尽可能地增加。但是，正极的尺寸限制在一定的范围内，以减少正极的劣化和发生短路的可能性。在此，正极的尺寸由于生产期间的容许公差而进一步减小，但是因为工艺数量增加(由于容许公差大)，所以层压和层叠的方式进一步限制了正极的尺寸。
发明内容
技术问题
因此，本发明的主要目的是提供一种电极组件，其具有使用Z形折叠方法的电极组件的优点(由于减少了容许公差，与负极相比，正极的尺寸增大)和使用层压和层叠方法的电极组件的优点(构成单元电芯的负极、隔膜和正极结合以提高稳定性)。
技术解决方案
用于实现上述目的的本发明包括一种电极组件，其中，正极和负极交替层叠，并且在所述正极和所述负极之间布置有隔膜，所述电极组件包括：折叠单元，在该折叠单元中负极单元和正极单元交替插入在所述隔膜的各层之间，隔膜的一侧和另一侧在与正极和负极层叠的方向垂直的方向上以之字形交替折叠；以及层叠单元，在该层叠单元中均切割成预定尺寸的正极、隔膜和负极顺序地层叠，其中，在所述负极单元的最外层布置有负极，并且在所述正极单元的最外层布置有正极，并且所述层叠单元层叠在所述折叠单元的最上层和最下层中的每一者上。
此外，层叠在所述层叠单元中的正极、隔膜和负极可以在它们之间的接触表面处彼此结合。可以通过施加热和压力进行所述层叠单元中的所述结合。
当所述层叠单元层叠在所述折叠单元上时，布置在所述层叠单元的最外层的正极或负极可以是单侧电极，在该单侧电极中活性材料施加至集流体的仅一个表面。
这里，在所述单侧电极中，所述活性材料可以施加至与隔膜接触的表面。即，正极集流体或负极集流体可以布置在最外层。
在本发明的第一实施方式中，所述负极单元可以是一个负极，并且所述正极单元可以是一个正极。此外，在所述折叠单元的所述最外层可以层叠负极或正极，并且在层叠单元的与所述折叠单元接触的层上可以层叠隔膜。
在该实施方式中，所述层叠单元可以是其中层叠有一个正极、一个负极和两个隔膜的单电芯，其中，所述两个隔膜中的一者可以层叠在所述一个正极和所述一个负极之间，而所述两个隔膜中的另一者可以层叠在与所述折叠单元的所述最外层接触的位置。
在第二实施方式中，隔膜可以层叠在所述折叠单元的最外层上，并且所述层叠单元可以是单电芯，在该单电芯中层叠有一个正极、一个负极和一个隔膜，其中，所述一个隔膜可以层叠在所述一个正极和所述一个负极之间。
在第三实施方式中，负极或正极可以层叠在所述折叠单元的一个最外层处，并且所述隔膜可以层叠在所述折叠单元的所述最外层中的另一最外层处，层叠在层叠有所述正极或所述负极的所述一个最外层上的所述层叠单元可以是单电芯，在该单电芯中层叠有一个正极、一个负极和两个隔膜，其中所述两个隔膜中的一者层叠在所述一个正极和所述一个负极之间，并且所述两个隔膜中的另一者可以层叠在与所述折叠单元的所述另一最外层接触的位置，并且层叠在层叠有所述隔膜的所述另一最外层上的所述层叠单元可以是单电芯，在该单电芯中层叠有一个正极、一个负极和一个隔膜，其中，所述一个隔膜可以层叠在所述一个正极和所述一个负极之间。
在前述实施方式中，在所述折叠单元中层叠在所述负极单元和所述正极单元之间的隔膜的厚度可以不同于层叠在所述层叠单元内的隔膜的厚度。
此外，所述负极单元可以是双电芯，在该双电芯中，在两个最外层的每一者处层叠负极，并且在负极之间层叠一个或多个正极，并且所述正极单元可以是双电芯，在该双电芯中在两个最外层的每一者处层叠正极，并且在正极之间层叠一个或多个负极。更详细地，所述负极单元可以是负极、隔膜、正极、隔膜、负极从最外层开始顺序地层叠的双电芯，并且所述正极单元可以是正极、隔膜、负极、隔膜、正极从最外层开始顺序地层叠的双电芯。这里，层叠以构成所述负极单元和所述正极单元中的每一者的正极、隔膜、负极可以在它们之间的接触表面处彼此结合。
此外，层叠在所述折叠单元中的所述负极单元和所述正极单元之间的隔膜的厚度可以不同于层叠在所述负极单元和所述正极单元内的隔膜的厚度。
此外，在所述层叠单元中，隔膜可以在与所述层叠单元面对所述折叠单元的方向相反的一侧处层叠在最外层。
此外，可以顺序地层叠有均切割成预定尺寸的正极、隔膜、负极的层叠单元附加地层叠在层叠单元的外表面上。在层叠单元中，布置在折叠单元的上部和下部的层叠单元可以具有相同的层叠结构，并且根据电极组件的规格层叠更多或更少的电极。
此外，根据需要，可以在布置在最上层和最下层的层叠单元之间连续层叠两个或更多个折叠单元。在此，可以顺序地层叠有均切割成预定尺寸的正极、隔膜和负极的所述层叠单元插入在连续层叠的所述两个或更多个折叠单元之间。层叠单元可以是其中最上层和最下层具有相同极性的双电芯，或者可以是其中最上层和最下层具有彼此不同的极性的单电芯，并且可以具有与布置在折叠单元的上部和下部中的每一者的层叠单元相同的结构。
此外，层叠在所述折叠单元上的所述负极单元可以是一个负极，并且所述正极单元可以是一个正极，负极的面积可以大于正极的面积，并且在所述折叠单元中，隔膜的折叠点与负极之间的间隙(d)可以小于隔膜的折叠点与正极之间的间隙。
此外，在所述折叠单元中，隔膜的端部可以包括延伸预定长度的延伸部，并且在所述层叠单元层叠在所述折叠单元的上部和下部之后，所述延伸部可以围绕所述折叠单元和所述层叠单元，并且所述延伸部的端部可以被结合成固定至所述折叠单元或所述层叠单元的表面。
此外，由于提供了具有以上技术特征的电极组件，本发明可以附加地提供其中根据本发明的电极组件嵌入袋中的二次电池以及其中多个二次电池彼此电连接的二次电池模块。
有益效果
根据具有上述构造的本发明，具有Z形折叠结构的折叠单元(具有以Z形折叠方式制造的电极组件的结构)和具有层压和层叠结构的层叠单元(具有按照层压和层叠方法制造的电极组件的结构)可以彼此结合。因此，在折叠单元中，正极相对于负极可以增加面积以增大容量，并且层叠单元可以布置在折叠单元的最外层上以提高稳定性。
此外，可以将布置在层叠单元的最外层的正极或负极设置为单侧电极，在该单侧电极中活性材料施加至集流体的仅一个表面上以减少由于活性材料的沉淀而导致的劣化，并且还减少了由于外部冲击而发生短路的可能性。
此外，层叠在折叠单元中的负极单元和正极单元之间的隔膜的厚度可以与层叠在层叠单元内的隔膜的厚度不同以最小化体积。
本发明可以提供其中隔膜在层叠单元面对折叠单元的方向的相反侧层叠在最外层的结构；以及其中多个层叠单元附加地层叠以根据所需的二次电池规格提供各种结构的结构。
两个或更多个折叠单元可以连续层叠。即，当折叠单元的层叠数量增加时，累积公差可能增加。因此，可以层叠均具有较少的层叠数量的两个折叠单元，以减小累积公差，并且层叠数量可以增加以增大容量。
另外，在折叠单元中，隔膜的端部可以包括延伸预定长度的延伸部，并且在层叠单元层叠在折叠单元的上部和下部上之后，延伸部可以围绕折叠单元和层叠单元，并且延伸部的端部可以被结合成固定至折叠单元或层叠单元的表面，从而防止折叠单元和层叠单元的晃动并提高对抗外部冲击的耐久性。
此外，本发明可以另外提供其中将根据本发明的电极组件嵌入袋中的二次电池和其中多个二次电池彼此电连接的二次电池模块。
附图说明
图1a是示出以层压和层叠方式制造单元电芯的状态的侧视图。
图1b是示出层叠图1a中制造的单元电芯以制造电极组件的状态的前视图。
图2是示出制造根据本发明的第一实施方式的电极组件的过程的前视图。
图3是示出制造根据本发明的第二实施方式的电极组件的过程的前视图。
图4是示出制造根据本发明的第三实施方式的电极组件的过程的前视图。
图5a是示出制造根据本发明的第四实施方式的电极组件的过程的前视图。
图5b是示出制造从本发明的第四实施方式衍生的电极组件的过程的前视图。
图6是示出制造根据本发明的第五实施方式的电极组件的过程的前视图。
图7是示出制造根据本发明的第六实施方式的电极组件的过程的前视图。
图8和图9是示出制造根据本发明的第七实施方式的电极组件的过程的前视图。
图10是示出折叠单元中的隔膜的折叠点与负极之间的间隙“d”的前视图。
图11是示出制造根据本发明的第八实施方式的电极组件的过程的前视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实施本发明的技术思想。然而，本发明可以以不同的形式体现，并且不应被解释为限于本文中阐述的实施方式。
为了清楚地阐示本发明，省略了与本描述无关的部分，并且在整个说明书中，相同或相似的部件由相同的附图标记表示。
另外，在本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地解释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其发明的原则解释为符合本发明范围的含义和概念。
本发明涉及一种电极组件，其中正极10和负极20交替层叠，并且隔膜30和40布置在正极10和负极20之间。该电极组件具有如下结构：其中，以层压和层叠方式制造的层叠单元200层叠在以Z形折叠方式制造的折叠单元100的两侧(上侧和下侧)的各侧上。
即，在折叠单元100中，正极单元和负极单元交替地插入隔膜40的各层之间，隔膜40的一侧和另一侧在与正极10和负极20层叠的方向(图2中的竖直方向)垂直的方向(图2中的水平方向)上以之字形折叠。
这里，在最外层中的每层(最上层和最下层)上布置负极的负极单元和在最外层的每层上布置正极的正极单元是构成单个电极或单个单元的电芯。
此外，层叠单元具有以下结构：其中，将均切割成预定尺寸的正极10、隔膜30和负极20顺序层叠。层叠在层叠单元中的正极10、隔膜30和负极20通过热和压力在它们之间的接触表面处彼此结合。层叠单元具有其中在负极20和正极10布置在折叠单元100的最外层时进一步添加一个隔膜30的结构。
此外，当层叠单元200层叠在折叠单元100的上层和下层中的每一者上时，布置在层叠单元200的最外层的正极或负极是单侧电极，在该单侧电极中活性材料施加至集流体的仅一个表面上。布置在最外层的单侧电极布置成使活性材料施加至与隔膜接触的表面(从而将正极集流体或负极集流体布置在最外层)。
下文中，将参照附图描述根据本发明的实施方式。
第一实施方式
图2是示出制造根据本发明的第一实施方式的电极组件的过程的前视图。如图中所示，在根据本实施方式的折叠单元中，负极是一个单独负极20，并且正极是一个单独正极10。
此外，层叠单元是单电芯，其中层叠有一个正极10、一个负极20和两个隔膜30。在层叠单元中，隔膜30中的一者层叠在正极10和负极20之间，并且另一者层叠在与布置在折叠单元100的最外层的正极10接触的位置。即，在层叠单元中，从最外层开始顺序层叠正极10、隔膜30、负极20、隔膜30。
在该实施方式中，尽管正极10层叠在折叠单元100的最外层以及层叠单元200的最外层，但是本发明不限于此。例如，负极20可以层叠在折叠单元100的最外层以及层叠单元200的最外层。
折叠单元100具有层叠有n个电极(层叠的正极和负极的数量之和)的结构，其中n是至少大于2的自然数。在该实施方式中，层叠单元200层叠在折叠单元100的上层和下层中的每一者上，其中，正极10布置在最上层和最下层的每一者处。在此，层叠单元200层叠成使得布置有隔膜的表面接触折叠单元100的最外正极10。
该实施方式是本发明中具有最基本的层叠结构的实施方式。因此，稍后将描述的第二实施方式至第四实施方式可以具有根据第一实施方式的结构修改的结构，但是具有与第一实施方式相同的技术思想，该技术思想在于层叠单元200附加地层叠在折叠单元100的两侧上。
第二实施方式
图3是示出制造根据本发明的第二实施方式的电极组件的过程的前视图。在本实施方式中，隔膜40层叠在折叠单元100的最外层(与第一实施方式不同，当正极和负极交替插入至折叠单元的隔膜的两侧时，电极不层叠在最上层)。
另外，附加地层叠在折叠单元100的上层和下层中的每一者上的层叠单元200设置为单电芯，在该单电芯中层叠有一个正极10、一个负极20和一个隔膜30。
如附图中所示，因为布置在折叠单元100的最外层的电极是正极10，所以层叠单元200沿负极20面对折叠单元100的方向层叠。
第三实施方式
图4是示出制造根据本发明的第三实施方式的电极组件的过程的前视图。在该实施方式中，正极10层叠在折叠单元100的最外层的最上层，并且隔膜40布置在最下层。
此外，类似于第一实施方式，层叠在折叠单元100的上侧上的层叠单元200具有单电芯结构，在该单电芯结构中，正极10、隔膜30、负极20、隔膜30从最外层(最上层)开始顺序层叠。另外，类似于第二实施方式，层叠在折叠单元100的下侧上的层叠单元200设置为单电芯，在该单电芯中层叠有一个正极10、一个隔膜30和一个负极20。在此，负极20面向上侧。
第四实施方式
图5a是示出制造根据本发明的第四实施方式的电极组件的过程的前视图。
在本实施方式中，正极单元和负极单元中的每一者均设置为双电芯C(C型双电芯，其中正极布置在中间层)，在该双电芯C中，层叠有多个电极而不是单个电极。即，负极单元是双电芯C，其中在两个最外层上都层叠有负极20，并且一个或多个正极10层叠在负极20之间，并且正极单元是双电芯A(A型双电芯，其中负极层叠在中间层)，其中在两个最外层上都层叠有正极10，并且一个或多个负极20层叠在正极10之间。
更详细地，如图中所示，正极单元是A型双电芯，其中正极10、隔膜30、负极20、隔膜30、正极10从最外层开始顺序层叠，并且负极单元是C型双电芯，其中，负极20、隔膜30、正极10、隔膜30、负极20从最外层开始顺序层叠。
这里，层叠以构成负极单元和正极单元中的每一者的正极10、隔膜30、负极20在它们之间的接触表面处彼此结合。负极单元和正极单元中的每一者均构造成使得层叠三个电极，但是本发明不限于此。例如，可以层叠五个、七个或更多个电极。
折叠单元100构造成使得隔膜40布置在最上层和最下层。另外，层叠在折叠单元100的上侧和下侧中的每一者上的层叠单元200设置为双电芯(更具体地，A型双电芯)。即，在层叠在折叠单元100的最外层的双电芯中，负极20布置在最外层。此外，层叠单元200具有双电芯结构，其中正极10布置在与折叠单元100接触的表面上。这里，在层叠单元200中，尽管在附图中层叠有三个电极，但是本发明不限于此。例如，可以层叠五个、七个或更多个电极。
此外，图5b示出了在根据第四实施方式的电极组件中不产生隔膜和负极之间的面积差或该面积差较小的状态。参照附图，在图5a中所示的构成负极单元的双电芯A和构成正极单元的双电芯A中，隔膜40具有最宽的面积，其次是负极20具有较宽的面积，而正极10具有最小的面积。另一方面，在图5b中所示的双电芯C和双电芯A中，负极20的面积等于或略小于隔膜30的面积(更详细地，图5b中所示的负极与隔膜之间的长度差“b”相当于隔膜的长度的约0至0.3％)。
如上所述，如果不产生或减小负极20与隔膜30之间的面积差，则在电极组件具有相同体积的条件下，与隔膜的面积比负极的面积大的结构(如图5a中所示)相比，可以更多地增大负极20的面积。结果，正极10的面积也可以增大以增大充电和放电容量。另外，因为在生成过程中提高了传感器(视觉传感器)的测量精度(因为不存在被长度大于负极的长度的隔膜覆盖的部分)，所以可以更精确地掌握负极20的尺寸和相对位置以减小生产公差。当如上所述减小公差时，负极的尺寸可能增加。
尽管在该实施方式中正极单元和负极单元设置为C型双电芯和A型双电芯，但是本发明不限于此。例如，正极和负极中的每一者均可以设置为其中最上电极和最下电极彼此不同的单电芯(例如，这样的电池，其中以正极、隔膜、负极、隔膜；正极、隔膜、负极、隔膜、正极、隔膜、负极；负极、隔膜、正极；负极、隔膜、正极、隔膜、负极、隔膜、正极等顺序向下层叠)。此外，即使设置为单电芯，由于上述原因，优选地，应尽可能最低限度地产生隔膜30与负极20之间的面积差异。即，负极的尺寸可以为隔膜尺寸的99.7％至100％。
尽管已经根据本发明的第一至第四实施方式描述了折叠单元100和层叠单元200的联接结构，但是如果该联接结构具有如下结构：其中，在隔膜40以之字形折叠的同时，负极单元和正极单元插入到隔膜40中，则该结构可以应用于本发明的折叠单元100，并且如果联接结构具有如下结构：其中，电极10和20以及隔膜30顺序地层叠，则该结构可以应用于本发明的层叠单元200。除了前述实施方式，更多的各种组合也是可行的。
作为参考，可以通过多种适用的制造方法来制造根据第一至第四实施方式的电极组件。这里，优选地，层叠单元200层叠在折叠单元100的上层和下层的每一者上，然后，在折叠单元100和层叠单元200之间施加热和压力以产生预定的结合力。即，折叠单元100和层叠单元200之间的结合力可以防止当电极组件嵌入袋中时以及外部冲击施加在袋中时折叠单元100和层叠单元200彼此分离。当在折叠单元100和层叠单元200完全层叠之后沿竖直方向(层叠方向)施加预定的热和压力时，可以通过隔膜的热压来产生这种结合。
在本发明中层叠单元200层叠在折叠单元100的外表面上的原因之一是因为单侧电极易于布置在电极组件中的最外层上。即，为了在不附加地层叠该层叠单元200的情况下将单侧电极布置在折叠单元100的最外层，除了用于从左侧和右侧顺序地插入负极单元和正极单元的装置以外还需要用于单独插入单侧电极的装置。然而，用于单独插入单侧电极的装置可能会与用于插入负极单元和正极单元的装置相干涉，并且因为单独插入单侧电极而可能增加制造时间。另一方面，类似于根据本发明的结构，其中层叠单元200添加到折叠单元100的外表面(单侧电极层叠在最外层上)的结构(其中，层叠单元200和折叠单元100被单独制造)可以具有简化制造过程的优点。此外，因为层叠单元具有如下结构：其中多个电极和隔膜之间彼此结合并且具有比单侧电极厚的厚度，所以与在制造过程中仅层叠单侧电极的情况相比，层叠单元可以更稳定和更有效地层叠。例如，因为单侧电极的厚度比单个正极或负极的厚度薄，所以可以限制层叠速度以防止电极被损坏。然而，层叠单元在约束条件下可以具有相对自由的优势。
如上所述，当层叠在最外层的电极(正极或负极)是单侧电极而不是双侧电极时，可以降低由于活性材料的沉淀而导致的电极劣化，并且可以减小由于外部冲击引起发生短路的可能性。
因此，在本发明中，布置在层叠单元200的最外层的电极(图5a和图5b中的正极)设置为单侧电极。即，如图5a和图5b中所示，布置在层叠单元200的最外层的正极设置为单侧电极，在该单侧电极中，仅正极集流体11的面对隔膜30的表面上施加有正极活性材料12，并且暴露于外部的表面上未施加正极活性材料12。
如上所述，其中单侧电极布置在层叠单元200的最外层的这种结构除应用于第四实施方式之外还可以应用于第一至第三实施方式。
此外，在本发明中，在折叠单元中层叠在负极单元和正极单元之间的隔膜40的厚度不同于层叠在层叠单元200内的隔膜30的厚度以及负极单元和正极单元中的每一者均设置为双电芯的情况下层叠在双电芯内的隔膜30的厚度。即，因为在制造过程中隔膜40在折叠期间受到外力，所以隔膜40可以具有更厚的厚度或者由具有更高耐久性的材料制成。
在本发明中，因为提供具有以上技术特征的电极组件，所以可以另外提供其中具有上述结构的电极组件嵌入袋中的二次电池和其中多个二次电池安装成彼此电连接的二次电池模块。
在具有以上结构的本发明中，因为具有Z形折叠结构的折叠单元100和具有层压和层叠结构的层叠单元200彼此联接，所以相对于折叠单元100中的负极，正极的尺寸可以增大以增大容量(即，如上所述，因为根据生产过程的容许公差(这是在负极具有固定尺寸的状态下必须减小正极的尺寸的一个因素)被最小化，所以考虑到容许公差将正极的尺寸设定为最大值)，并且因为提供其中隔膜和布置在折叠单元100的最外层的电极彼此结合的层叠单元200，从而提高稳定性，即，可以同时实现由于可容许公差减小引起的正极的尺寸相对于负极增大的效果；以及稳定性增加的效果，其中稳定性增加的效果是层压和层叠型电极组件的优势，并且正极的尺寸相对于负极增大的效果是Z形折叠型电极组件的优势。
此外，布置在层叠单元200的最外层的正极10或负极20可以设置为这样的单侧电极，在该单侧电极中，活性材料施加至集流体的仅一个表面以减少劣化并且还减少由于外部冲击而发生短路的可能性。
本发明通过仅添加层叠单元200可以容易地应用于根据现有技术的具有Z形折叠结构的电极组件，并且本发明可以提供单侧电极容易地布置在最外层的结构。
另外，层叠在折叠单元100中的负极单元和正极单元之间的隔膜40的厚度和层叠在层叠单元内的隔膜40的厚度可以彼此不同以最小化电极组件的体积。
此外，在本发明中，根据第五至第八实施方式的结构另外提供成适用于根据第一至第四实施方式的电极组件的结构。
第五实施方式
图6是示出制造根据本发明的第五实施方式的电极组件的过程的前视图。
该实施方式的特征在于，在根据前述实施方式的电极组件的最外层(最上层和最下层)上附加地层叠有隔膜。
即，在根据第一至第四实施方式的电极组件中，当电极10和20布置在最外层，然后插入袋中时，电极10和20可以直接接触袋的内壁。
通常，尽管根据袋的类型改变材料，但是袋由包括金属成分(铝等)的材料制成。因此，当电极组件插入到袋中时，层叠在最外层的隔膜可以保护电极组件免受化学变化或外部冲击。
第六实施方式
图7是示出制造根据本发明的第六实施方式的电极组件的过程的前视图。
该实施方式具有这样的结构，在该结构中，根据前述实施方式的每个电极组件的最外层(最上层和最下层)处附加地层叠有辅助电芯，在该辅助电芯中，均切割成预定尺寸的正极10、隔膜30和负极20顺序地层叠。
辅助电芯可以具有如下结构：其中隔膜、负极、隔膜彼此结合。另选地，如图7中所示，辅助电芯可以具有与层叠单元200相同的结构，即，具有其中正极、隔膜、负极、隔膜彼此结合的结构。另外，根据电极组件的规格，可以提供更多或更少的电极以及其中层叠有隔膜的结构。
第七实施方式
图8和图9是示出制造根据本发明的第七实施方式的电极组件的过程的前视图。
在该实施方式中，两个或更多个折叠单元100顺序地层叠在布置于根据前述实施方式的电极组件的最上层和最下层的层叠单元200之间。
在Z形折叠方式中，当层叠的层数增加时，累积公差可能增大。因此，即使折叠单元100具有相同的层叠数量，也可以在如下结构中减小累积公差：其中，分别制造具有相同层叠数量的两个折叠单元然后这两个折叠单元彼此结合，而不是制造具有更多层叠数量的一个层叠单元。因此，在根据本实施方式的结构中，可以层叠均具有较少的层叠数量的两个折叠单元以减小累积公差，并且也可以增加层叠数量以增大容量。
在此，在连续层叠的两个折叠单元100之间附加地插入一个或多个层叠单元200(参见图9)，每个层叠单元200均具有其中均切割成预定尺寸的正极、隔膜和负极顺序层叠的结构。每个层叠单元200均可以根据折叠单元100的最外电极的极性具有其中最上层和最下层具有相同极性的双电芯或者其中最上层和最下层具有彼此不同极性的单电芯。另选地，层叠单元200可以具有其中双电芯和单电芯彼此组合的结构或者具有其中多个特定的单电芯或双电芯彼此组合并层叠的结构。
在某些情况下，层叠在两个折叠单元100之间的层叠单元200的结构与层叠在折叠单元100的上层和下层的层叠单元200的结构可以完全相同。
优选地，负极20和正极10制造成使得负极20和正极10中的每一者与隔膜40的折叠点之间的间隙d尽可能变成零或接近零以减小累积公差并防止隔膜40下垂或起皱。
即，参照示出隔膜40的折叠点与负极之间的间隙d的图10，层叠在折叠单元100中的负极单元是一个负极20，并且层叠在折叠单元100中的正极单元是一个正极10。在该附图中，由于负极20的厚度，隔膜40的折叠点与负极之间的间隙d大于零。然而，因为负极20和隔膜40中的每一者实际上均具有足够薄的厚度，并且隔膜40具有弹性，所以折叠点与负极20之间的间隙d可以为零或接近于零(负极20的端侧布置成与隔膜的折叠点接触)。
这里，因为负极20中产生的间隙d变为零，所以当电极组件具有相同体积时，负极20可以具有最大面积。随着负极20的面积增加(正极的面积小于负极的面积并且由于容许公差而必须减小)，正极10的面积也会增加。因此，随着负极20中产生的间隙d接近零，正极10的面积增加以增大容量。结果，优选地，根据本发明的折叠单元制造成使得隔膜的折叠点与负极20之间的间隙d为零或接近零。
第八实施方式
图11是示出制造根据本发明的第八实施方式的电极组件的过程的前视图。
该实施方式的特征在于，折叠单元100中的隔膜40的一端具有延伸预定长度的延伸部41。
如附图中所示，在层叠单元200分别层叠在折叠单元100的上部和下部上之后，延伸部41可以围绕折叠单元100和层叠单元200，并且延伸部41的端部可以结合成固定至折叠单元100或层叠单元200的表面。
图6至图11仅示出了根据第六至第八实施方式的特征应用于根据第一实施方式的电极组件的状态。然而，根据第六至第八实施方式的特征除了应用于第一实施例的电极组件之外还可以应用于根据第二至第四实施方式的电极组件。
本发明可以提供：其中隔膜30在层叠单元200面对折叠单元100的方向的相反侧层叠在最外层的结构；以及其中辅助电芯附加地层叠在层叠单元200的外表面上的结构。即，本发明可以根据所需的二次电池的规格提供各种结构。
两个或更多个折叠单元100可以连续层叠以减小累积公差，并且层叠数量可以增加以增大容量。
另外，在折叠单元100中，隔膜40的一端可以具有延伸预定长度的延伸部41。另外，延伸部41可以围绕折叠单元100和层叠单元200，并且延伸部41的端部可以被结合成固定至折叠单元100或层叠单元200的表面，以防止晃动并改善对抗外部冲击的耐久性。另外，当另外粘附胶带以固定电极组件时，整个结构可以被隔膜围绕。因此，可以容易地进行贴扎(taping)操作，并且可以以各种方式执行贴扎方法。例如，根据第八实施方式，隔膜40的延伸部41围绕整个结构，然后，用于增强固定力的带可以附接成围绕整个电极组件。在此，带可以贴扎成在垂直于由延伸部41围绕的电极组件的宽度方向的整个长度方向上固定而不是沿宽度方向固定。另选地，带可以贴扎成仅固定电极组件的上端和下端或围绕待结合的整个电极组件。
此外，根据本发明，层叠单元具有其中电极和隔膜彼此结合的结构，而折叠单元具有其中隔膜和电极彼此不结合的结构(可在垂直于层叠方向的水平方向上移动)。因此，在层叠单元200层叠在折叠单元100的上部和下部上的状态下，可以在进行贴扎或整个热压之前对折叠单元100与层叠单元200之间的对准进行调整。即，因为在折叠单元100中电极和隔膜中的每一者彼此不结合，所以在折叠单元100和层叠单元层叠之后，可以允许折叠单元100和层叠单元200之间的一些移动以在竖直方向上均匀地布置。这可能是具有在未固定折叠单元100的状态下层叠所述层叠单元200的结构的本发明的独特优点。
尽管已经参考特定实施方式描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的由所附权利要求限定的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
相关申请的交叉引用
本申请要求于2018年11月19日提交的韩国专利申请第10-2018-0142344号的优先权的权益，其全部内容通过引用合并于此。

Claims (22)

1.一种电极组件，其中，正极和负极交替层叠，并且在正极和负极之间布置有隔膜，所述电极组件包括：
折叠单元，在该折叠单元中负极单元和正极单元交替插入在隔膜的各层之间，所述隔膜的一侧和另一侧在与正极和负极层叠的方向垂直的方向上以之字形交替折叠；以及
层叠单元，均切割成预定尺寸的正极、隔膜和负极顺序地层叠在该层叠单元中，
其中，在所述负极单元的最外层布置有负极，并且在所述正极单元的最外层布置有正极，并且
所述层叠单元层叠在所述折叠单元的最上层和最下层中的每一者上,
其中，当所述层叠单元层叠在所述折叠单元上时，布置在所述层叠单元的最外层的正极或负极是单侧电极，在该单侧电极中活性材料施加至集流体的仅一个表面，
其中，层叠在所述层叠单元中的正极、隔膜和负极在它们之间的接触表面处彼此结合，并且
其中，在所述折叠单元中，所述负极单元和所述正极单元不与所述折叠单元的隔膜结合。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，层叠在所述层叠单元中的正极、隔膜和负极通过施加热和压力而彼此结合。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在所述单侧电极中，所述活性材料施加至与隔膜接触的表面。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电极组件，其中，所述负极单元是一个负极，并且所述正极单元是一个正极。
5.根据权利要求4所述的电极组件，其中，在所述折叠单元的最外层层叠负极或正极，并且
在所述层叠单元的与所述折叠单元接触的层上层叠隔膜。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述层叠单元是其中层叠有一个正极、一个负极和两个隔膜的单电芯，
其中，所述两个隔膜中的一者层叠在所述一个正极和所述一个负极之间，而所述两个隔膜中的另一者层叠在与所述折叠单元的最外层接触的位置。
7.根据权利要求4所述的电极组件，其中，隔膜层叠在所述折叠单元的最外层上，并且
所述层叠单元是单电芯，在该单电芯中层叠有一个正极、一个负极和一个隔膜，其中，所述一个隔膜层叠在所述一个正极和所述一个负极之间。
8.根据权利要求4所述的电极组件，其中，在所述折叠单元的最外层中的一个最外层处层叠负极或正极，并且在所述折叠单元的所述最外层的另一最外层处层叠隔膜，
层叠在层叠有正极或负极的所述一个最外层的所述层叠单元是单电芯，在该单电芯中层叠有一个正极、一个负极和两个隔膜，其中所述两个隔膜中的一者层叠在正极和负极之间，并且所述两个隔膜中的另一者层叠在与所述折叠单元的所述一个最外层接触的位置，并且
层叠在层叠有隔膜的所述另一最外层上的所述层叠单元是单电芯，在该单电芯中层叠有一个正极、一个负极和一个隔膜，其中，所述一个隔膜层叠在所述一个正极和所述一个负极之间。
9.根据权利要求4所述的电极组件，其中，在所述折叠单元中层叠在所述负极单元和所述正极单元之间的隔膜的厚度不同于层叠在所述层叠单元内的隔膜的厚度。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的电极组件，其中，所述负极单元是双电芯，在该双电芯中，在两个最外层中的每一者处层叠负极，并且在负极之间层叠一个或多个正极，并且
所述正极单元是双电芯，在该双电芯中在两个最外层中的每一者处层叠正极，并且在正极之间层叠一个或多个负极。
11.根据权利要求10所述的电极组件，其中，所述负极单元是从最外层开始顺序地层叠负极、隔膜、正极、隔膜、负极的双电芯，并且
所述正极单元是从最外层开始顺序地层叠正极、隔膜、负极、隔膜、正极的双电芯。
12.根据权利要求11所述的电极组件，其中，层叠以构成所述负极单元和所述正极单元中的每一者的正极、隔膜、负极在它们之间的接触表面处彼此结合。
13.根据权利要求10所述的电极组件，其中，层叠在所述折叠单元中的所述负极单元和所述正极单元之间的隔膜的厚度不同于层叠在所述负极单元和所述正极单元内的隔膜的厚度。
14.根据权利要求1或2所述的电极组件，其中，在所述层叠单元中，隔膜在与所述层叠单元面对所述折叠单元的方向相反的一侧处层叠在最外层。
15.根据权利要求1或2所述的电极组件，其中，辅助电芯附加地层叠在所述层叠单元的外表面上，在该辅助电芯中，均切割成预定尺寸的正极、隔膜、负极顺序地层叠。
16.根据权利要求15所述的电极组件，其中，所述辅助电芯具有与所述层叠单元相同的层叠结构。
17.根据权利要求1或2所述的电极组件，其中，两个或更多个折叠单元连续地层叠在布置于所述最上层和所述最下层处的所述层叠单元之间。
18.根据权利要求17所述的电极组件，其中，顺序地层叠有均切割成预定尺寸的正极、隔膜和负极的所述层叠单元插入在连续层叠的所述两个或更多个折叠单元之间。
19.根据权利要求1或2所述的电极组件，其中，层叠在所述折叠单元上的所述负极单元是一个负极，并且所述正极单元是一个正极，
负极的面积大于正极的面积，并且
在所述折叠单元中，隔膜的折叠点与负极之间的间隙(d)小于隔膜的折叠点与正极之间的间隙。
20.根据权利要求1或2所述的电极组件，其中，在所述折叠单元中，隔膜的端部包括延伸预定长度的延伸部，并且
在所述层叠单元层叠在所述折叠单元的上部和下部上之后，所述延伸部围绕所述折叠单元和所述层叠单元，并且所述延伸部的端部被结合成固定至所述折叠单元或所述层叠单元的表面。
21.一种二次电池，在该二次电池中根据权利要求1至20中的任一项所述的电极组件嵌入袋中。
22.一种二次电池模块，该二次电池模块安装成使得多个根据权利要求21所述的二次电池安装成彼此电连接。
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