CN113785433A - 包括不同形式的电极的二次电池电极组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种能够控制输出的二次电池电极组件，该二次电池电极组件具有至少一个正极和至少一个负极以交替布置的方式堆叠且隔膜插置它们之间的结构，其中，所述正极包括具有一个正极接头的第一正极和具有至少两个正极接头的第二正极，并且所述负极包括具有一个负极接头的第一负极和具有至少两个负极接头的第二负极。

Description

包括不同形式的电极的二次电池电极组件
技术领域
本申请要求于2019年10月1日提交的韩国专利申请No.2019-0121442的优先权权益，该韩国专利申请的公开的全部内容特此以引用方式并入本文中。
本发明涉及包括不同形状的电极的二次电池的电极组件，并且更具体地，涉及包括具有不同数量的正极接头的正极和具有不同数量的负极接头的负极的电极组件。
背景技术
具有使用能量的结果是几乎不产生副产物的环境友好优势的锂二次电池作为新能源已经受到关注。
根据护套材料的种类，锂二次电池可以分为袋状二次电池、圆柱状二次电池或棱柱状二次电池。形状可被自由地修改并具有高能量密度的袋状二次电池已经被越来越多地使用。
袋状二次电池被配置为具有以下结构：电极组件被容纳在袋状电池壳体中，并且电极组件的电极引线从电池壳体向外突出。电极引线用作电极端子。
近年来，锂二次电池的大小和容量也已经随着诸如混合动力车辆、电动车辆或蓄电设备这样的需要大容量和高输出的装置的出现而增大。
在锂二次电池中，由于电池电芯反复充放电，导致电池电芯的发热陡增。这样的发热现象可能造成锂二次电池的功能劣化。
与此相关，专利文献1公开了一种被配置为具有以下结构的二次电池：各自都包括正极板、隔膜和负极板的多个组被堆叠以构成电极组件，在该电极组件中正极板包括正极接头和独立的正极接头，并且在该电极组件中负极板包括负极接头。
在专利文献1中公开的二次电池中，除了相应的电极接头之外，还添加了感测接头，由此可以在不安装汇流条的情况下通过感测接头实时地检查输出电压。然而，存在的问题在于，难以将所公开的二次电池应用于需要高输出的装置。
专利文献2公开了一种二次电池，该二次电池包括具有多个正极侧电极接头的正极板和具有多个负极侧电极接头的负极板，其中，多个正极侧电极接头根据其高度接合于正极引线的上表面或下表面，并且其中，多个负极侧电极接头根据其高度接合于负极引线的上表面或下表面。
在专利文献2中公开的二次电池中，可以优化由于高电流或大容量电池环境中的二次电池的端子之间的连接而导致的电阻，但存在的问题在于，难以调节二次电池的输出量。
因此，二次电池的电极组件必须具有能够在使由于二次电池反复充放电而导致的发热最小化的同时调节二次电池的输出量的结构。
(现有技术文献)
(专利文献1)韩国注册专利公告No.1984314(2019年5月24日)
(专利文献2)韩国注册专利公告No.1254691(2013年4月9日)
发明内容
技术问题
本发明是鉴于以上问题而做出的，并且本发明的目的是提供一种电极组件，该电极组件包括具有不同数量的正极接头的多个正极和具有不同数量的负极接头的多个负极，其中，电极组件的电阻低并且电极组件的输出是可调节的。
技术方案
为了实现以上目的，根据本发明的一种二次电池的电极组件包括：至少一个正极和至少一个负极，所述至少一个正极和所述至少一个负极被交替堆叠成隔膜被插置在其间的状态，其中，所述正极包括具有单个正极接头的第一正极和具有两个或更多个正极接头的第二正极，并且所述负极包括具有单个负极接头的第一负极和具有两个或更多个负极接头的第二负极。
所述第二正极可以包括低速率正极接头和高速率正极接头，所述低速率正极接头被配置为由于仅在所述第二正极的所述正极接头之间联接而形成第一正极接头束，所述高速率正极接头被配置为由于与所述第一正极的所述正极接头联接而形成第二正极接头束，并且所述第二负极包括低速率负极接头和高速率正极接头，所述低速率负极接头被配置为由于仅在所述第二负极的所述负极接头之间联接而形成第一负极接头束，所述高速率正极接头被配置为由于与所述第一负极的所述负极接头联接而形成第二负极接头束。
所述高速率正极接头和所述低速率正极接头可以位于所述正极的不同外周处，并且所述高速率负极接头和所述低速率负极接头可以位于所述负极的不同外周处。
另外，所述高速率正极接头和所述低速率正极接头可以位于相反的方向上，并且所述高速率负极接头和所述低速率负极接头可以位于相反的方向上。
另外，所述高速率正极接头和所述高速率负极接头中的每个的宽度可以等于或大于所述低速率正极接头和所述低速率负极接头中的每个的宽度。
第一正极引线和第二正极引线可以分别连接到所述第一正极接头束和所述第二正极接头束，并且第一负极引线和第二负极引线可以分别连接到所述第一负极接头束和所述第二负极接头束。
所述第一正极引线和所述第二正极引线可以彼此连接，并且所述第一负极引线和所述第二负极引线可以在电池壳体中彼此连接。
二次电池通过所述第二正极接头束和所述第二负极接头束进行的充放电可以仅在高速率条件下执行。
二次电池通过所述第一正极接头束、所述第二正极接头束、所述第一负极接头束和所述第二负极接头束进行的充放电可以仅在最大速率条件下执行。
本发明提供一种袋状二次电池，所述袋状二次电池包括在袋状电池壳体中的电极组件。
另外，本发明提供了一种包括所述袋状二次电池的电池组，其中，所述电池组包括被配置为调节所述电池组的输出量的控制器。
所述控制器可以被配置为：确定低速率条件、高速率条件和最大速率条件，以在所述低速率条件下通过第一正极接头束和第一负极接头束执行输出，在所述高速率条件下通过第二正极接头束和第二负极接头束执行输出，并且在所述最大速率条件下通过所述第一正极接头束、所述第二正极接头束、所述第一负极接头束和所述第二负极接头束来执行输出。
附图说明
图1是根据第一实施方式的电极组件的分解图和立体图。
图2是根据第二实施方式的电极组件的分解图和立体图。
图3是示出了电极引线连接到图1的电极组件的状态的前视图。
图4是根据第三实施方式的电极组件的分解图和立体图。
图5是示出了根据第四实施方式的电极组件被容纳在电池壳体中的状态的垂直截面图。
具体实施方式
现在，将参考附图来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现本发明的优选实施方式。然而，在详细描述本发明的优选实施方式的操作原理时，当对并入本文中的已知功能和配置的详细描述会使本发明的主题不清楚时，将省略该详细描述。
另外，将在附图中始终使用相同的附图标记来表示执行类似功能或操作的部件。在说明书中一个部件被称为连接到另一部件的情况下，不仅这个部件可以直接连接到另一部件，而且这个部件可以经由其它部件而间接连接到另一部件。另外，除非另有说明，否则包括特定元件并不意味着不包括其它元件，而是意味着还可以包括这些元件。
另外，从属权利要求书中定义的细节可以被应用于本说明书中描述的所有实施方式。
下文中，将参考附图来详细地描述本发明的实施方式。
假定被配置为具有至少一个正极和至少一个负极被交替堆叠成隔膜被插置在其间的状态的结构的电极组件是单元电芯，根据本发明的电极组件可以是由单个单元电芯构成的堆叠型电极组件、通过堆叠单元电芯而构成的层压/堆叠型电极组件或通过在单元电芯设置在分隔膜上的状态下卷绕单元电芯而制造的堆叠/折叠型电极组件。
正极可以包括具有单个正极接头的第一正极以及具有两个或更多个正极接头的第二正极，并且负极可以包括具有单个负极接头的第一负极和具有两个或更多个负极接头的第二负极。
具体地，第二正极包括低速率正极接头和高速率正极接头，所述低速率正极接头被配置为由于仅在第二正极的正极接头之间联接而形成第一正极接头束，所述高速率正极接头被配置为由于与第一正极的正极接头联接而形成第二正极接头束，并且第二负极包括低速率负极接头和高速率正极接头，所述低速率负极接头被配置为由于仅在第二负极的负极接头之间联接而形成第一负极接头束，所述高速率正极接头被配置为由于与第一负极的负极接头联接而形成第二负极接头束。
即，低速率正极接头是电流在低输出环境中流动的正极接头，其中，通过第一正极接头束执行输出，并且高速率正极接头是电流在高输出环境中流动的正极接头，其中，通过第二正极接头束执行输出。在需要比在高输出环境中更高输出的最大输出环境中，通过低速率正极接头和高速率正极接头二者来执行输出。
以上对正极接头的描述也同样地应用于负极。在低输出环境中，通过由低速率负极接头构成的第一负极接头束执行输出，在高输出环境中，通过第二负极接头束执行输出，并且在最大输出环境中，通过第一负极接头束和第二负极接头束执行输出。
在本发明中，如上所述，根据三种输出条件使用不同的电极接头束。
与此相关，图1是根据第一实施方式的电极组件的分解图和立体图。
参照图1，电极组件100包括：顺序堆叠的第一正极110，其具有单个正极接头111；第一负极120，其具有单个负极接头121；第二正极130，其具有高速率正极接头131和低速率正极接头132；以及第二负极140，其具有高速率负极接头141和低速率负极接头142；以及进一步顺序堆叠的另一第一正极110、另一第一负极120、另一第二正极130和另一第二负极140，即，总共八个电极。为了便于理解，省略了插置在正极和负极之间的隔膜。
第一正极110的正极接头111和第二正极130的高速率正极接头131在电极组件的堆叠方向上堆叠在相同的位置处。第一正极110的正极接头111和第二正极130的高速率正极接头131被焊接成设置为彼此交叠以便形成第二正极接头束152的状态。
由于将在堆叠方向上的相同位置处形成的第二正极130的低速率正极接头132焊接成设置为在电极组件的堆叠方向上彼此交叠的状态，而形成第一正极接头束151。
另外，第一负极120的负极接头121和第二负极140的高速率负极接头141在电极组件的堆叠方向上堆叠在相同位置处。第一负极120的负极接头121和第二负极140的高速率负极接头141被焊接成设置为彼此交叠以便形成第二负极接头束162的状态。
由于将在堆叠方向上的相同位置处形成的第二负极的低速率正极接头142焊接成设置为在电极组件的堆叠方向上彼此交叠的状态，而形成第一负极接头束161。
高速率正极接头和低速率正极接头位于正极的不同外周处，并且高速率负极接头和低速率负极接头位于负极的不同外周处。例如,高速率正极接头和低速率正极接头可以位于相反的方向上，并且高速率负极接头和低速率负极接头可以位于相反的方向上。在图1的电极组件100中，第二正极130的高速率正极接头131和低速率正极接头132在相反方向上形成，并且第二负极140的高速率负极接头141和低速率负极接头142在相反方向上形成。
图2是根据第二实施方式的电极组件的分解图和立体图。
参照图2，电极组件200包括：顺序堆叠的第一正极210，其具有单个正极接头211；第一负极220，其具有单个负极接头221；第二正极230，其具有高速率正极接头231和低速率正极接头232；以及第二负极240，其具有高速率负极接头241和低速率负极接头242；以及另外顺序堆叠的另一第一正极210、另一第一负极220、另一第二正极230和另一第二负极240，即，总共八个电极。为了便于理解，省略了插置在正极和负极之间的隔膜。
第一正极210的正极接头211和第二正极230的高速率正极接头231在电极组件的堆叠方向上堆叠在相同位置处。第一正极210的正极接头211和第二正极230的高速率正极接头231被焊接成设置为彼此交叠以便形成第二正极接头束252的状态。
由于将在堆叠方向上的相同位置处形成的第二正极230的低速率正极接头232焊接成被设置为在电极组件的堆叠方向上彼此交叠的状态，而形成第一正极接头束251。
另外，第一负极220的负极接头221和第二负极240的高速率负极接头241在电极组件的堆叠方向上堆叠在相同位置处。第一负极220的负极接头221和第二负极240的高速率负极接头241被焊接成设置为彼此交叠以便形成第二负极接头束262的状态。
由于将在堆叠方向上的相同位置处形成的第二负极240的低速率正极接头242焊接成被设置为在电极组件的堆叠方向上彼此交叠的状态，而形成第一负极接头束261。
在图2的电极组件200中，高速率正极接头231和低速率正极接头232形成在第二正极230的相邻外周处，并且高速率正极接头241和低速率正极接头242形成在第二负极240的相邻外周处。
图1的电极组件100和图2的电极组件200中的每个包括连接到第一正极引线的第一正极接头束、连接到第二正极引线的第二正极接头束、连接到第一负极引线的第一负极接头束以及连接到第二负极引线的第二负极接头束。
根据本发明的袋状二次电池的输出量和充放电速率可以根据使用二次电池的车辆所需的输出条件来调节。二次电池可以用于各种装置，范围从需要低输出的小装置到诸如电动车辆这样的需要非常高输出的装置。在二次电池应用于需要高输出的装置的情况下，可以根据输出环境来调节二次电池的输出量，由此可以减少不必要的电力消耗，并因此可以改善二次电池的长寿命特性。
图3是示出了电极引线连接到图1的电极组件的状态的前视图。
参照图3，电极组件是图1的电极组件。为了便于理解，省略了负极和隔膜。
在电极组件中，第一正极110的正极接头111和第二正极130的高速率正极接头131彼此联接以便形成第二正极接头束152，并且第二正极接头束152连接到第二正极引线158。另外，第二正极130的低速率正极接头132仅彼此联接以便形成第一正极接头束151，并且第一正极接头束151连接到第一正极引线157。
图4是根据第三实施方式的电极组件的分解图和立体图。
参照图4，电极组件300包括堆叠的第一正极310、第一负极320、第二正极330、第二负极340、另一第一正极310、另一第一负极320、另一第二正极330和另一第二负极340。为了便于理解，省略了插置在正极和负极之间的隔膜。
第二正极330包括高速率正极接头331和低速率正极接头332。考虑到通过高速率正极接头331进行的充放电仅在高速率条件下执行的事实，高速率正极接头331的宽度被形成为大于低速率正极接头332的宽度，由此可以获得提高充放电速度和减小电阻的效果。
因此，高速率正极接头331和高速率负极接头341中的每个的宽度可以被形成为等于或大于低速率正极接头332和低速率负极接头342中的每个的宽度，优选地大于低速率正极接头332和低速率负极接头342中的每个的宽度。
图5是示出了根据第四实施方式的电极组件被容纳在电池壳体中的状态的垂直截面图。
参照图5，电极组件被容纳在袋状电池壳体470中，并且电极组件包括第一正极410和第二正极430。为了便于理解，省略了第一负极、第二负极和隔膜。
第一正极410的正极接头411和第二正极430的高速率正极接头431彼此联接并且还联接到第二正极引线458，并且第二正极430的低速率正极接头432彼此联接并还联接到第一正极引线457。第一正极引线457和第二正极引线458在袋状电池壳体470中彼此连接。
第一正极引线457与低速率正极接头432之间的联接部分可以配置为低速率正极接头432联接到第一正极引线457的一个表面和另一个表面的形式(如图5中所示)，或者可以被配置为低速率正极接头432构成第一正极接头束并且第一正极接头束联接到第一正极引线457的形式。
另选地，与图5中示出不同的是，第一正极的正极接头以及第二正极的低速率正极接头和高速率正极接头全都联接到集成的正极引线，而非诸如第一正极引线和第二正极引线这样的单独的正极引线。
在图5中省略的负极中，正极之间的联接形式可以同样地应用于负极接头之间的联接形式以及负极接头与负极引线之间的联接形式。
本发明所属领域的技术人员将理解，基于以上描述，在本发明的类别内各种应用和修改都是可能的。
(对附图标记的描述)
100、200、300：电极组件
110、210、310、410：第一正极
111、211、411：正极接头
120、220、320：第一负极
121、221:负极接头
130、230、330、430：第二正极
131、231、331、431：高速率正极接头
132、232、332、432：低速率正极接头
140、240、340：第二负极
141、241、341：高速率负极接头
142、242、342：低速率负极接头
151、251:第一正极接头束
152、252:第二正极接头束
157、457:第一正极引线
158、458:第二正极引线
161、261:第一负极接头束
162、262:第二负极接头束
470：袋状电池壳体
工业实用性
从以上描述中清楚的是，根据本发明的电极组件包括具有多个电极接头的电极，充放电速度高并且电极接头部分处的发热现象减少，由此可以防止电极组件的功能劣化。
另外，在必需有高输出或最大输出的情况下，执行控制，使得电流在高速率正极接头和高速率负极接头中流动，由此可以调节电极组件的输出量。
另外，将单独的电极引线连接到高输出正极接头和高输出负极接头，以便构成并联连接结构，由此即使在电极大小增加的情况也可以使电阻的增加最小化。

Claims (12)

1.一种二次电池的电极组件，该电极组件包括：
至少一个正极和至少一个负极，所述至少一个正极和所述至少一个负极按照隔膜被插置在它们之间的状态交替堆叠，其中，
所述正极包括具有单个正极接头的第一正极和具有两个或更多个正极接头的第二正极，并且
所述负极包括具有单个负极接头的第一负极和具有两个或更多个负极接头的第二负极。
2.根据权利要求1所述的二次电池的电极组件，其中，
所述第二正极包括低速率正极接头和高速率正极接头，所述低速率正极接头被配置为由于仅在所述第二正极的所述正极接头之间联接而形成第一正极接头束，所述高速率正极接头被配置为由于与所述第一正极的所述正极接头联接而形成第二正极接头束，并且
所述第二负极包括低速率负极接头和高速率正极接头，所述低速率负极接头被配置为由于仅在所述第二负极的所述负极接头之间联接而形成第一负极接头束，所述高速率正极接头被配置为由于与所述第一负极的所述负极接头联接而形成第二负极接头束。
3.根据权利要求2所述的二次电池的电极组件，其中，
所述高速率正极接头和所述低速率正极接头位于所述正极的不同外周处，并且
所述高速率负极接头和所述低速率负极接头位于所述负极的不同外周处。
4.根据权利要求3所述的二次电池的电极组件，其中，
所述高速率正极接头和所述低速率正极接头位于相反的方向上，并且
所述高速率负极接头和所述低速率负极接头位于相反的方向上。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的二次电池的电极组件，其中，所述高速率正极接头和所述高速率负极接头中的每个的宽度等于或大于所述低速率正极接头和所述低速率负极接头中的每个的宽度。
6.根据权利要求2所述的二次电池的电极组件，其中，
第一正极引线和第二正极引线分别连接到所述第一正极接头束和所述第二正极接头束，并且
第一负极引线和第二负极引线分别连接到所述第一负极接头束和所述第二负极接头束。
7.根据权利要求6所述的二次电池的电极组件，其中，在电池壳体中，所述第一正极引线和所述第二正极引线彼此连接，并且所述第一负极引线和所述第二负极引线彼此连接。
8.根据权利要求2所述的二次电池的电极组件，其中，二次电池通过所述第二正极接头束和所述第二负极接头束进行的充放电仅在高速率条件下执行。
9.根据权利要求2所述的二次电池的电极组件，其中，二次电池通过所述第一正极接头束、所述第二正极接头束、所述第一负极接头束和所述第二负极接头束进行的充放电仅在最大速率条件下执行。
10.一种袋状二次电池，所述袋状二次电池在袋状电池壳体中包括根据权利要求6至9中任一项所述的二次电池的电极组件。
11.一种电池组，所述电池组包括根据权利要求10所述的袋状二次电池，其中，所述电池组包括被配置为调节所述电池组的输出量的控制器。
12.根据权利要求11所述的电池组，其中，所述控制器被配置为：
确定低速率条件、高速率条件和最大速率条件；
在所述低速率条件下通过第一正极接头束和第一负极接头束执行输出；
在所述高速率条件下通过第二正极接头束和第二负极接头束执行输出；以及
在所述最大速率条件下通过所述第一正极接头束、所述第二正极接头束、所述第一负极接头束和所述第二负极接头束来执行输出。
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