CN115207264A - 电极组件、电池单元、其加工装置、含其的电池组及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开电极组件、电池单元、其加工装置、含其的电池组及车辆。电极组件包括：电极单元主体部，其在片状的第一电极片与第二电极片之间层叠分离膜，第一电极片、第二电极片以及分离膜被卷取，在第一电极片和第二电极片的宽度方向端部形成有无涂层部。电极单元主体部包括：凹进部，其在无涂层部中配置在芯体侧，且具备与相对于凹进部配置在半径方向外侧的无涂层部相比在轴方向凹陷的高度。电极单元主体部的无涂层部中凹进部的半径方向外侧部位形成多个切割线。多个切割线排列成一列，形成多个切割线阵列。切割线阵列通过超声波振动剪裁部形成。配置在沿周围方向相邻的两个切割线阵列之间的无涂层部的预计弯折部被冲压部加压放倒，形成成型部。

Description

电极组件、电池单元、其加工装置、含其的电池组及车辆
技术领域
本发明涉及电极组件、上述电极组件的无涂层部剪裁装置和弯折加工装置、包括上述电极组件的电池单元、包括上述电池单元的电池组及车辆。
背景技术
一般情况下，二次电池包括正极、负极以及电解质，利用化学反应，产生电能。除了便携式设备之外，基于产品群的适用方便性高且具有高能量密度等电特性的二次电池还广泛应用于通过电气驱动源驱动的电动汽车(EV，Electric Vehicle)或者混合动力汽车(HEV，Hybrid Electric Vehicle)等。
这样的二次电池的首要的优点在于能够大幅度减少化石燃料的使用。二次电池具有完全不会因使用能源而产生副产物的优点。因此二次电池作为环保及提高能源效率的新能源备受瞩目。
目前广泛使用的二次电池的种类有锂离子电池、锂聚合物电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等。这种单位二次电池单元、即单位电池单元100的工作电压约为2.5V～4.5V。因此，当需要更高的输出电压的情况下，有时将多个电池单元串联连接来组成电池组。并且，根据电池组所需的充放电容量，有时将多数电池单元100并列连接，组成电池组。因此，根据所需的输出电压以及/或者充放电容量，可以将上述电池组中所包含的电池单元的数量以及电连接方式设计成多种方式。
另一方面，作为单位二次电池单元的种类公开有圆筒形电池单元、角形电池单元以及袋形电池单元。在圆筒形电池单元中，在正极与负极之间夹着作为绝缘体的分离膜，并且将其卷取来形成凝胶卷状的电极组件，将其插入电池罐内部来构成电池。另外，上述正极以及负极每一个的无涂层部可以连接有条状的电极极耳。电极极耳实现电极组件与向外部露出的电极端子之间的电连接。作为参考，正极电极端子是密封电池罐的开放口的密封体的盖板，负极电极端子是电池罐。但是，根据具有这样的结构的现有的圆筒形电池单元，电流集中于与正极无涂层部以及/或者负极无涂层部结合的条状的电极极耳，所以存在电阻较大、产生较多的热、集电效率不佳的问题。即，电极极耳的截面面积急速减少，有可能引起电流流动的瓶颈现象。
具有18650或21700的形状系数的小型圆筒形电池单元的电阻和发热不会成为大问题。但是，在为了将圆筒形电池单元应用于电动汽车而加大形状系数的情况下，在快速充电过程中在电极极耳周边产生较多的热，由此有可能出现圆筒形电池单元起火的问题。
为了解决这样的问题，公开了具有如下结构的圆筒形电池单元(所谓的无极耳(Tab-less)圆筒形电池单元)，即设计成使正极无涂层部以及负极无涂层部分别位于凝胶卷式的电极组件的上端以及下端，将集电板焊接于这样的无涂层部，从而改善了集电效率。
第一电极片和第二电极片具有在片(sheet)状的集电体涂覆活性物质的结构，沿卷取方向在一侧长边侧包括无涂层部。
电极组件是将第一电极片和第二电极片与两张分离膜一起依次层叠之后向一方向卷取而制造。这时，第一电极片和第二电极片的无涂层部配置在彼此相反的方向上。
在卷取工序之后，第一电极片的无涂层部和第二电极片的无涂层部朝芯体侧弯折。之后，在无涂层部分别焊接结合集电板。
正极无涂层部和负极无涂层部没有结合有其它的电极极耳，集电板与外部的电极端子连接，电流路径沿电极组件的卷取轴方向形成为较大的截面面积，所以具有能够降低电池单元的电阻的优点。这是因为电阻与电流流过的通道的截面面积成反比。
在无极耳圆筒形电池单元中，为了提高无涂层部与集电板的焊接特性，需要对无涂层部的焊接地点施加较强的压力，最大限度平整地弯折无涂层部。
但是，在弯折无涂层部的焊接地点时，无涂层部的样子有可能不规则地歪斜变形。在这种情况下，变形的部位与相反极性的电极板接触从而有可能引起内部短路或者无涂层部出现细微的裂纹。并且，与电极组件的芯体相邻的无涂层部在弯折时堵塞形成于电极组件芯体的空洞的全部或者相当多的部分。在这种情况下，在电解液注入工序中带来问题。即，位于电极组件芯体的空洞被用作注入电解液的通道。但是，如果对应的通道被堵塞，则难以进行电解液的注入。并且，在将电解液注入器插入空洞的过程中，与芯体附近的无涂层部产生干扰，从而有可能出现无涂层部被撕裂的问题。
并且，焊接集电板的无涂层部的弯折部位需要重叠多层，不能存在空的空间(空隙)。只有这样才能够获得充分的焊接强度，即使采用激光焊接等最新技术，也能够防止激光渗透到电极组件内部从而分离膜或活性物质受损的问题。
韩国公开专利公报第2022-0023100号(2022.03.02公开)公开了集电结构得到改善的圆筒形二次电池。圆筒形二次电池中集电板以线接触方式焊接于无涂层部的端部，所以存在集电板与无涂层部的焊接截面面积因无涂层部之间的缝隙而减少的问题。由此，作为电流通道的焊接截面面积中电阻增加，所以电池单元的发热量增加，有可能加大起火可能性。
韩国公开专利公报第2016-0110610(2016.09.22)公开了二次电池以及圆筒形锂二次电池。公开了在这样的二次电池中，第一集电板以直接接触的方式电连接于第一无涂层部，第二集电板以直接接触的方式电连接于第二无涂层部的构成。在这种结构中第一集电板和第二集电板还是以线接触的方式分别连接于第一无涂层部和第二无涂层部的端部，所以存在集电板与无涂层部的接触截面面积因无涂层部之间的缝隙而减少的问题。增加接触截面面积时受到限制。
发明内容
要解决的技术问题
本发明是为了解决上述问题而做出的，其目的在于提供增加电极组件与集电板的焊接截面面积从而能够扩大电流路径的电极组件、电池单元、电池单元加工装置以及包括其的电池组及车辆。
并且，本发明的目的在于提供即使电极组件应用于大容量的电池单元也能够抑制电池单元的发热量的增加并且降低起火可能性的电极组件、电池单元、电池单元加工装置以及包括其的电池组及车辆。
并且，本发明的目的在于提供在无涂层部的弯折过程中能够防止弯折希望弯折的部分(预计弯折部)从而形成的部分(成型部)和不希望弯折的部分(非弯折部)的边界部被撕裂或者不规则地歪斜变形的电极组件、电池单元、电池单元加工装置以及包括其的电池组及车辆。
并且，本发明的目的在于提供防止与电极组件的芯体相邻的无涂层部被弯折时堵塞形成于电极组件的芯体的空洞而使得芯体的中空部变成沿轴方向开放的状态的电极组件、电池单元、电池单元加工装置以及包括其的电池组及车辆。
并且，本发明的目的在于提供能够减少电池单元的发热量或者显著降低爆炸可能性的电极组件、电池单元、电池单元加工装置以及包括其的电池组及车辆。
本发明的技术问题并不限定于上述的目的，通过下面的说明可以理解未提及的本发明的其它目的以及优点，并且将通过本发明的实施例可以进一步明确地理解。并且，可以容易理解本发明的目的以及优点可通过权利要求书中示出的手段及其组合来实现。
解决技术问题的手段
用于解决上述问题的本发明可以应用于电极组件，电极组件包括层叠并卷取具有彼此不同极性的第一电极片、第二电极片以及用于实现它们之间的绝缘的分离膜的电极单元主体部。
上述电极单元主体部可以被卷取成凝胶卷状。
上述片的层叠可以按照第一电极片、分离膜、第二电极片、分离膜的顺序层叠。
上述卷取可以沿上述层叠的多个片的长度方向进行。由此形成的凝胶卷状的电极单元主体部的轴方向长度可以与上述层叠的多个片的宽度对应。
上述第一电极片和第二电极片中的至少任意一个片的宽度方向端部设有未涂覆活性物质层的无涂层部。由此，上述无涂层部设在电极单元主体部的轴方向端部。上述无涂层部可以设在电极单元主体部的轴方向端部的任意一侧或者两侧。
上述电极组件的电极单元主体部的无涂层部设有沿轴方向切割上述无涂层部的一部分形成的多个切割线。
上述多个切割线实质上可以沿上述电极单元主体部的半径方向排列成一列来构成切割线阵列。
通过上述切割线或者切割线阵列，上述无涂层部可以被划分为进行弯折的部分(预计弯折部)和除此之外的部分(非弯折部)。
上述成形加工可以是弯折加工。
上述弯折加工可以是使上述无涂层部在半径方向放倒的加工。
上述弯折加工可以是使上述无涂层部朝芯体侧放倒的加工。
上述成型部可以是相邻的两个切割线阵列之间的部分。
上述成型部可以是沿半径方向延伸的形状。
上述相邻的两个切割线阵列实质上可以平行。
上述电极组件可以包括多个上述成型部。
上述非弯折部可以以上述电极单元主体部的芯体部为中心沿圆周方向扇形配置。
上述非弯折部可以具有30°～180°的中心角。更加具体地，上述非弯折部可以具有45°～180°的中心角，更加优选地，上述非弯折部可以具有60°～120°的中心角。
上述非弯折部可以是未被弯折从而无涂层部沿轴方向延伸的形状。
多个上述成型部可以以上述电极单元主体部的芯体部为中心放射状配置。
上述成型部可以形成为上述预计弯折部沿上述电极单元主体部的半径方向弯折并放倒的形状。上述预计弯折部可以朝芯体部侧放倒。
上述成型部可以与上述电极单元主体部的半径方向并排形成。
上述电极单元主体部可以形成为圆筒形。
上述芯体部可以形成为贯通上述电极单元主体部的中心部的中空形状。
为了防止在上述预计弯折部朝芯体部侧放倒时上述芯体部被弯折的预计弯折部、即成型部堵塞，可以删除在电极组件的芯体部和外周部中靠近芯体部侧配置的无涂层部部分。
即，在卷取方向，在与上述芯体部相邻的规定区间，上述无涂层部可以是被删除的形状。
上述无涂层部的删除可以在制造电极层叠体后进行卷取工序之前执行。与此不同地，上述无涂层部的删除还可以在制造电极层叠体之前事先执行，或者在上述卷取工序之后执行。
如果卷取这样去除了芯体侧的无涂层部的形状的电极层叠体，则在通过上述切割线沿周围方向划分预计弯折部和非弯折部之前，已经变成芯体附近的无涂层部沿圆周方向整体被删除的状态。即上述预计弯折部也不会被提供到芯体侧无涂层部区域。因此，即使将预计弯折部向芯体侧弯折，放倒的成型部也不会遮挡电极组件的芯体部。
本发明提供包括上述电极组件的电池单元。
上述电池单元包括：电池罐，收容上述电极组件，与上述第一电极片以及上述第二电极片中的任意一个电连接从而具有第一极性；密封盖部，对上述电池罐的开放端进行密封；以及，第一集电板，与上述第一电极片以及上述第二电极片中的另外一个电连接从而具有第二极性。
上述第一集电板可以通过焊接等方式固定并电连接于上述电极组件的成型部。
上述第一电极片以及上述第二电极片中的任意一个可以直接与电池罐连接或者通过第二集电板与电池罐连接。
上述电池罐可以包括在上述电池罐的内周向半径方向内侧进一步突出的支撑部。上述支撑部可以支承上述密封盖部。
上述电池单元还可以包括用于防止彼此不同极性的短路的绝缘子。
上述绝缘子可以夹在上述电池罐与密封盖部之间，从而实现它们之间的绝缘。更加具体地，上述绝缘子夹在上述密封盖部的外周面与电池罐的内周面之间，可以夹在上述支撑部与上述密封盖部之间。
上述绝缘子可以夹在电池罐与上述第一集电板之间，实现它们之间的绝缘。比如说上述绝缘子可以夹在上述第一集电板与上述支撑部之间。
本发明提供包括至少一个上述电池单元的电池组。
本发明提供包括至少一个上述电池组的汽车。
本发明提供切割并弯折设在上述电极组件的电极单元主体部的轴方向端部的无涂层部的加工装置。
上述加工装置提供切割上述无涂层部的剪裁装置。
上述剪裁装置包括剪裁部，沿上述电极组件的轴方向移动而在上述无涂层部沿轴方向形成切割线。
上述加工装置包括：上述剪裁装置；以及，冲压部，弯折加工配置在通过上述剪裁装置形成的切割线阵列之间的预计弯折部。
上述冲压部通过沿半径方向加压放倒上述无涂层部的预计弯折部来形成成型部。
上述预计弯折部可以沿半径方向被加压，由此，预计弯折部中与上述切割线的下端部对应的部位被弯曲，并且沿半径方向放倒。
上述剪裁部可以包括放射状配置在上述剪裁部的多个刃。
上述刃可以沿轴方向延伸，并且在轴方向的前端部形成刀刃。
上述剪裁部还可以包括振动产生部。上述振动产生部可以产生微振。
上述冲压部可以沿上述电极单元主体部的半径方向(放射方向)移动而使上述无涂层部的预计弯折部朝上述电极单元主体部的芯体部侧放倒。
本发明提供制造上述的电池单元的方法。
这样的电池单元的制造方法包括：将第一电极片和第二电极片和分离膜层叠，并将其卷取来制造电极组件的步骤。
由此，上述电极组件可以包括一起卷取上述多个电极片和多个分离膜的电极单元主体部。
上述第一电极片和第二电极片中的至少一个电极片在宽度方向的任意一侧端部包括未涂覆活性物质层的无涂层部。上述无涂层部从第一电极片以及/或者第二电极片的宽度方向端部沿长度方向延伸。当第一电极片和第二电极片均具备无涂层部时，它们的无涂层部可以分别设在宽度方向的两侧端部。
由此，可以以无涂层部在上述电极单元主体部的轴方向端部沿轴方向延伸突出的形状提供。
在层叠了上述多个电极片和分离膜的状态下，靠近芯体侧配置的无涂层部部分在长度方向可以被去除规定长度。
在这样去除了靠近芯体侧配置的无涂层部的一部分的状态下卷取电极层叠体，则上述电极单元主体部的芯体侧可以形成无涂层部的轴方向的一部分被去除的芯体侧无涂层部区域。结果，在芯体侧无涂层部区域中无涂层部从电极单元主体部向轴方向外侧延伸的长度可以比在与相对于其配置在半径方向外侧的无涂层部区域中无涂层部从电极单元主体部朝轴方向外侧延伸的长度短。
上述无涂层部的删除可以在构成电极层叠体之后进行卷取工序之前执行。这样的加工比如说可以通过激光加工执行。
上述无涂层部的删除可以在构成电极层叠体之前提供电极片的步骤中事先执行。
上述无涂层部的删除还可以在卷取电极层叠体来构成电极单元主体部之后执行。这样的加工比如说可以通过具备超声波振动的刃的刀具执行。
上述电极单元主体部可以是圆筒形。
上述电极单元主体部可以具备中空的芯体部。
上述电池单元的制造方法包括在设在电极单元主体部的轴方向端部的上述无涂层部的规定位置沿轴方向形成切割线的步骤。
具体地，上述无涂层部去除步骤包括：剪裁部沿上述电池单元的轴方向移动而将上述无涂层部沿轴方向剪裁规定深度，从而在上述无涂层部沿轴方向形成切割线的步骤。
上述切割深度可以达到从上述无涂层部与有涂层部的边界部向上述轴方向外侧分开一定距离的位置。即上述切割线可以形成到从上述无涂层部与有涂层部的边界部向上述轴方向外侧分开一定距离的位置。
上述切割线可以形成多个。相对于上述电极单元主体部，通过多个上述切割线规定的多个上述切割线阵列可以配置成放射状。
上述电池单元的制造方法还可以包括：沿半径方向弯折并放倒位于彼此相邻的一对切割线阵列之间的部位、即预计弯折部的成型部形成步骤。
上述弯折加工可以通过冲压部将上述预计弯折部沿半径方向按压来执行。
通过上述弯折加工实现弯折成型的部位可以位于与上述剪裁线的深度方向端部对应的部位、即从上述无涂层部与有涂层部的边界部向上述轴方向外侧分开一定距离的位置。
上述预计弯折部被弯折加工从而形成的成型部可以以上述电极单元主体部的芯体部为中心放射状形成。
上述成型部可以形成为上述无涂层部的预计弯折部朝上述电极单元主体部的芯体部侧放倒的形状。
上述成型部可以沿上述电极单元主体部的半径方向形成。
上述非弯折部可以通过切割从上述无涂层部与有涂层部的边界部朝上述轴方向外侧分开一定距离的部分从而形成。
上述剪裁部可以通过振动产生部振动而切割上述无涂层部。上述剪裁部可以是超声波刀具。
形成有上述成型部的无涂层部上可以放置第一集电板，与上述成型部相接的第一集电板部分与成型部焊接。
本发明提供通过上述的加工装置的制造方法制造的电极组件。
电极组件的电极单元主体部中片状的第一电极片与第二电极片之间层叠分离膜，上述第一电极片和上述第二电极片以及上述分离膜被，在上述第一电极片和上述第二电极片的宽度方向端部形成未涂覆活性物质层的无涂层部。
上述电极组件可以具备：凹进部，在上述电极单元主体部的无涂层部(15)配置在芯体部侧，并且具有与相对于凹进部配置在半径方向外侧的无涂层部相比向轴方向凹陷的高度。
上述电极组件可以包括：多个切割线，在上述电极单元主体部的无涂层部设在上述凹进部的半径方向外侧部位，并且在轴方向形成至规定深度。
上述电极组件可以具备上述多个切割线排列成一列形成的多个切割线阵列。
上述电极组件可以具备：多个成型部，加压而放倒沿周围方向配置在相邻的两个上述切割线阵列之间的无涂层部的预计弯折部，从而形成多个成型部。
相邻的两个切割线阵列可以平行，实质上沿半径方向延伸。
上述切割线的切割深度达到从上述无涂层部与有涂层部的边界部朝上述轴方向外侧分开一定距离的规定部分。
上述凹进部沿轴方向可以具有与上述规定部分对应的高度。
上述预计弯折部在轴方向可以在与上述规定部分对应的部位弯折成型。
上述凹进部的半径方向宽度可以对应于从在半径方向与上述凹进部相邻配置的上述切割线的下端部起测量的上述预计弯折部的轴方向高度。
发明效果
根据本发明，成型部以与集电板面接触的状态焊接，所以随着成型部的面积的增大，电极组件与集电板的电流路径能够相对增加。
根据本发明，成型部增加对应于加上无涂层部之间的间隔的面积的电流路径，所以即使应用于大容量的电池单元，也能够抑制电池单元的发热量的增加，降低起火可能性。
根据本发明，利用超声波振动刀具沿轴方向切割较薄的无涂层部，所以在不会带来无涂层部的变形的情况下能够在无涂层部准确地形成切割线。
根据本发明，在无涂层部中，非弯折部和预计弯折部通过切割线沿周围方向彼此分开之后加压放倒预计弯折部从而形成成型部。由此，在加压预计弯折部形成成型部时，能够防止成型部与非弯折部的边界部被撕裂或者不规则地歪斜变形。
根据本发明，能够防止成型部与非弯折部的边界部被撕裂或者变形，所以能够防止在被撕裂或者变形的部位中与相反极性的电极片接触。
根据本发明，切割线沿轴方向形成在无涂层部的一部分区间，从而导致预计弯折部的弯折在与上述切割线的深度方向的端部对应的高度部分实现。由此，防止在无涂层部被弯折时无涂层部与有涂层部的边界部被撕裂或者变形，所以能够防止涂覆在有涂层部的活性物质从有涂层部脱落或者削弱粘贴力。由此，能够抑制电池单元的性能和电容减少。
根据本发明，能够防止分离膜的边缘因边界部的撕裂或者变形的部分而翘起或受损。由此，能够防止第一电极片和第二电极片的短路。而且，能够减少电池单元的发热量或者显著降低爆炸可能性。
根据本发明，成型部不会遮挡电极组件的中空的芯体部。由此，能够进一步提高电解液的浸渍性，能够确保焊接装置等进出上述中空部的空间。
在说明下面的用于实施发明的具体事宜而说明上述效果以及本发明的具体效果。
附图说明
图1是简要示出根据本发明的电极单元层叠体的平面图。
图2是示出遗憾A-A方向切割图1的电极单元层叠体的状态的剖面图。
图3是示出卷取图1的电极单元层叠体制造电极单元主体部的状态的立体图。
图4是示出根据本发明的剪裁部切割电极单元主体部的状态的立体图。
图5是示出根据本发明的剪裁部的立体图。
图6是示出根据本发明的剪裁部的背面图。
图7是从轴方向观察通过剪裁部形成在电极单元主体部的无涂层部的切割线阵列的图。
图8和图9是示出将电极单元主体部的预计弯折部弯折形成成型部的状态的图。
图10是示出根据本发明的电池单元的制造方法的流程图。
图11是示出根据本发明的电极组件的剖面图。
图12是示出根据本发明的电极组件收容于电池组外壳的状态的立体图。
图13是示出根据本发明的电池组设在车辆的状态的立体图。
标记说明
10：电极层叠体
11：第一电极片
12：第二电极片
13：分离膜
14：有涂层部
15：无涂层部
16：边界部
100：电池单元
101：电池组外壳
110：电极组件
111：电极单元主体部
112：芯体部
112a：芯体侧无涂层部区域、凹进部
113：切割线(切割线阵列)
115a：非弯折部
117：成型部
117a：预计弯折部
120：电池罐
121：电池罐主体部
122：支撑部
123：夹紧部
130：第一集电板
132：中心孔部
140：第二集电板
150：密封盖部
151：盖板
152：外部端子
153：通气板
155：引导部
157：绝缘子
210：剪裁部
211：刃
213：振动产生部
215：第一连通孔部
220：第二剪裁部
221：第二刃
223：第二振动产生部
230：冲压部
300：车辆
C：删除部位(无涂层部芯体部)
θ1、θ2：中心角
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的优选实施例。
本发明并不限定于下面公开的实施例，可以加以各种变形，可以以不同的各种方式实现。需要说明的是，本实施例只是为了完整地公开本发明、向本领域的技术人员完整地告知本发明的保护范围而提供。因此，本发明并不限定于下面公开的实施例，应该解释为除了包括替换一个实施例的构成和另外一个实施例的构成或者添加构成之外，还包括包含在本发明的技术思想和范围的所有的变更、等同物以及代替物。
附图只是帮助理解本说明书中公开的实施例的，本说明书中公开的技术思想并不限定于附图，应该理解为包括包含于本发明的思想以及技术范围的所有的变更、等同物以及代替物。在附图中，鉴于帮助理解等，有时过于大或过于小地示出构成元素，但是不应该解释为本发明的保护范围限定于此。
在本说明书中使用的术语只是为了说明特定的具体实现例或实施例而使用的术语，并不是用于限定本发明。另外，在上下文中没有表示明显不同的含义的情况下，单数的表达包括复数。在说明书中，～包括或者由～构成等术语用于指定存在说明书中记载的特征、数字、步骤、动作、构成元素、部件或它们的组合。即在说明书中～包括或者由～构成等术语不应该理解为事先排除存在或可添加一个或者其以上的其它特征或数字、步骤、动作、构成元素、部件或它们的组合的可能性。
第一、第二等包括序数的术语可以用于说明各种构成元素，但是多个上述构成元素并不限定于多个上述术语。多个上述术语仅用于将一个构成元素与其它的构成元素区分。
当记载为某一个构成元素与其它构成元素“连接”或者“接合”时，可以直接连接或接合于其它的构成元素，但是还应该理解为中间可以存在其它构成元素。相反，当记载为某一个构成元素与其它构成元素“直接连接”或者“直接接合”时，应该理解为中间不存在其它的构成元素。
当记载为某一个构成元素位于其它构成元素的“上部”或者“下部”时，除了配置在该其它构成元素的正上方之外，还应该理解为中间可以存在其它的构成元素。
在没有加以其它定义的情况下，包括技术性或科学性术语在内的在这里使用的所有术语具有与本发明所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。通常使用且词典中定义的术语应该被解释为具有与在相关技术的上下文中所具有的含义一致的含义，在本申请中没有明确定义的情况下，不应该解释为理想化或过度形式化的含义。
下面，对根据本发明实施例的电极组件进行说明。
为了便于说明，在本说明书中，将沿凝胶卷状卷取的电极组件110的卷取轴的长度方向的方向称为轴方向Y。另外，将围绕上述卷取轴的方向称为圆周方向X或者周围方向。另外，靠近上述卷取轴或者远离卷取轴的方向称为半径方向或者放射方向Z。其中，尤其是将靠近卷取轴的方向称为向心方向，将远离卷取轴的方向称为离心方向。
参照图1至图3，根据本发明实施例的电极层叠体10包括第一电极片11、第二电极片12以及分离膜13。电极层叠体10在片状的第一电极片11与第二电极片12之间层叠分离膜13而构成。例如，电极层叠体10可以层叠一个第一电极片11、一个第二电极片12以及两个分离膜13来构成。并且，电极层叠体10还可以层叠两个以上的第一电极片11、两个以上的第二电极片12以及三个以上的分离膜13来构成。在这样的电极层叠体10中，随着层叠的第一电极片11、第二电极片12以及分离膜13的数量增加，可以缩短期望直径的电极组件110的卷取时间以及制造时间。
第一电极片11和第二电极片12分别包括涂覆活性物质的有涂层部14和未涂覆活性物质的无涂层部15。无涂层部15可以形成在第一电极片11和第二电极片12的宽度方向的一侧。无涂层部15的至少一部分可以以其本身作为电极极耳使用。在电极组件110被卷取成圆筒形的情况下，第一电极片11的无涂层部15可以配置在轴方向的一侧(图1的上侧或者下侧)，第二电极片12的无涂层部15可以配置在轴方向的另一侧。
第一电极片11的无涂层部15和第二电极片12的无涂层部15可以形成为具有相同的宽度。并且，第一电极片11的无涂层部15和第二电极片12的无涂层部15可以形成为具有不同宽度。
第一电极片11可以是涂覆有负极活性物质的负极片，第二电极片12可以是涂覆有正极活性物质的正极片。第一电极片11可以是涂覆有正极活性物质的正极片，第二电极片12可以是涂覆有负极活性物质的负极片。
第一电极片11和第二电极片12包括以金属箔构成的集电体和活性物质层。金属箔可以是铝或者铜。活性物质层可以涂覆在第一电极片11和第二电极片12的一面或者两面。
无涂层部15的宽度形成为明显比有涂层部14的宽度窄。无涂层部15可以形成为宽度较窄的带状。并且，无涂层部15还可以以沿无涂层部15的长度方向分开并且形成为齿状的多个分切片构成。分切片的形状可以变形为四边形、三角形、半圆形、半椭圆形、平行四边形等。
上述无涂层部15可以是靠近芯体侧的一部分区间C被删除的形状。对应的区间可以在构成电极层叠体10之后进行卷取之前通过激光加工等被除去。
当然，还可以是在电极片提供步骤中对应区间C的无涂层部预先被删除了的形状，还可以是在卷取之后通过后加工来形成芯体侧无涂层部去除部位112a。
在本发明中，涂覆于第一电极片11的正极活性物质和涂覆于第二电极片12的负极活性物质可以使用本领域公知的活性物质，不受任何限制。
上述正极活性物质可以以锂吸附物质(lithium intercalation material)作为主要成分，比如锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)等层相化合物或者以一种以上的过渡金属取代的化合物；化学式Li1+xMn2-xO4(其中，x是0至0.33)、LiMnO3、LiMn2O3、LiMnO2等锂锰氧化物(LiMnO2)；锂铜氧化物(Li2CuO2)；LiV3O8、LiFe3O4、V2O5、Cu2V2O7等钒氧化物；化学式LiNi1-xMxO2(其中，M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或者Ga，x＝0.01至0.3)表达的镍氏体型锂镍氧化物(lithiated nickel oxide)；化学式LiMn2-xMxO2(其中，M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或者Ta，x＝0.01至0.1)或者Li2Mn3MO8(其中，M＝Fe、Co、Ni、Cu或者Zn)表达的锂锰复合氧化物；化学式中的锂的一部分被碱性土金属离子取代的LiMn2O4；二硫化合物；由Fe2(MoO4)3或者它们的组合形成的复合氧化物等。作为正极活性物质，可以采用如上所述的种类，但是并不限定于这些。
上述正极集电体例如具有3至500μm的厚度。作为这样的正极集电体，只要是在电池中不会引发化学变化并且具有导电性的物质均可以采用，不受任何限制。例如，正极集电体可以使用不锈钢、铝、镍、钛、炭精电极、或者在铝或不锈钢的表面以碳精、镍、钛、银等进行表面处理的物质等。电极集电体还可以在其表面形成细微的凹凸来提高正极活性物质的粘贴力。这样的电极集电体可以形成为薄膜、片材、箔、网格、多孔质体、发泡体、无纺布体等多种方式。
上述正极活性物质颗粒中还可以混合导电材料。例如以包含正极活性物质的混合物整体重量为基准，这样的导电材料添加1至50重量％。作为这样的导电材料，只要是在电池中不会引发化学变化并且具有高导电性的物质均可以采用，不受任何限制。例如，导电材料可以使用天然石墨、人造石墨等石墨；碳黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、夏黑等碳黑；碳纤维、金属纤维等导电性纤维；氟碳、铝、镍粉末等金属粉末；氧化锌、钛酸钾等导电性威士忌；氧化钛等导电性氧化物；聚苯乙烯衍生物等导电性原材料等。
并且，负极片是通过在负极集电体上涂覆负极活性物质颗粒并进行干燥制造，根据需要，还可以包括上述说明的导电材料、粘合剂、溶剂等成分。
上述负极集电体具有例如3至500μm的厚度。作为这样的负极集电体，只要是在对应电池中不会引发化学变化并且具有导电性的物质均可以采用，不受任何限制。例如，负极集电体可以使用铜、不锈钢、铝、镍、钛、炭精电极、在铜或不锈钢的表面以碳精、镍、钛、银等进行表面处理的物质、铝-镉合金等。并且，与正极集电体相同地，还可以在表面形成细微的凹凸来加强负极活性物质的结合力，可以以薄膜、片材、箔、网格、多孔质体、发泡体、无纺布体等多种方式使用。
上述负极活性物质可以使用例如硬碳(hard carbon)、石墨系碳等碳；LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me'：Al、B、P、Si、周期表中的1族、2族、3族元素、卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)的金属复合氧化物；锂金属；锂合金；硅素系合金；锡系合金；SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、Bi2O5等氧化物；聚乙炔等导电性高分子；Li-Co-Ni系材料等。
可以使用于上述电极片的粘合剂高分子是协助电极活性物质颗粒与导电材料等的结合和对于电极集电体的结合的成分，例如以包含电极活性物质的混合物整体重量为基准，添加1至50重量％。作为这样的粘合剂高分子的例子，可以使用选自由偏氟乙烯-全氟丙烯共聚物(polyvinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene：PVdF)、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯共聚物(polyvinylidene fluoride-co-trichloroethylene)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)、聚丙烯酸丁酯(polybutylacrylate)、聚丙烯晴(polyacrylonitrile)、聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone)、聚醋酸乙烯酯(polyvinylacetate)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(polyethylene-co-vinyl acetate)、聚环氧乙烷(polyethylene oxide)、聚芳酯(polyarylate)、醋酸纤维素(cellulose acetate)、乙酸丁酸纤维素(cellulose acetate butyrate)、醋酸丙酸纤维素(cellulose acetatepropionate)、氰乙基普鲁兰多糖(cyanoethylpullulan)、氰乙基聚乙烯醇(cyanoethylpolyvinylalcohol)、氰乙基纤维素(cyanoethylcellulose)、八(O-氰基乙基)蔗糖(cyanoethylsucrose)、普鲁兰多糖(pullulan)以及羧甲基纤维素(carboxyl methylcellulose)等构成的群的任意一个粘合剂高分子或者它们中的两种以上的混合物，但是并不限定于这些。
用于制造上述电极的溶剂的非限制性例子有丙酮(acetone)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、二氯甲烷(methylene chloride)、氯仿(chloroform)、二甲基甲酰胺(dimethylformamide)、N-甲基-2-吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone，NMP)、环己烷(cyclohexane)、水或者它们的混合体等。这样的溶剂提供恰当程度的粘度，以便在电极集电体表面以期望的程度形成浆涂层。
分离膜13具有多孔性高分子基材以及位于上述多孔性高分子基材的两面上并且包括无机物颗粒以及粘合剂高分子的多孔性涂层。
上述多孔性高分子基材可以是聚烯烃系多孔性基材。
上述聚烯烃多孔性基材可以是薄膜(film)或者非织造布(non-woven web)形状。这样，通过具有多孔性结构，能够顺利地实现正极和负极之间的电解液移动。多孔性结构还可以增加基材本身的电解液浸渍性，从而能够确保优秀的离子导电性，防止电化学元件内部的电阻增加，从而能够防止电化学元件的性能下降。
作为本发明中使用的聚烯烃多孔性基材，只要是通常用于电化学元件的平面相的多孔性基材，则均可以使用，根据目的可以选择各种材质或形态。
非限制性地聚烯烃多孔性基材可以是以高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、或者它们中的两种以上的混合物形成的薄膜(film)或非织造布(non-woven web)，但是并不限定于这些。
上述聚烯烃多孔性基材可以具有8至30μm的厚度，但是，这只是例子，鉴于机械物性或电池的高效充放电特性，还可以采用超出上述范围的厚度。
根据本发明的分离膜13可以具有1至100μm或者5至50μm的厚度。如果分离膜13的厚度小于1μm，则无法充分发挥分离膜13的功能，有可能出现机械特性的劣化。如果分离膜13的厚度超过100μm，则在高效充放电时电池特性有可能劣化。并且，可以具有40～60％空隙率，可以具有150至300秒/100mL的通气性。
在使用根据本发明一具体实现例的分离膜13的情况下，在多孔性高分子基材的两侧具备多孔性涂层，所以通过提高对于电解液的浸渍性能可以形成均匀的固体电解质界面层，与现有的单面无机物涂覆分离膜13相比，能够确保优势的通气性。例如可以在120s/100cc以内。并且，即使在两面具备无机物多孔性涂层，也能够实现现有的单面无机物涂覆分离膜13程度的厚度。例如可以在～15.0μm以内。
并且，在使用根据本发明一具体实现例的分离膜13的情况下，分离膜13的稳定性得到了改善，从而能够确保耐热以及耐压缩特性。具体地，能够确保在180℃基准下具有5％以内的热缩特性的耐热特性，可以确保550gf以上的贯通强度(Puncture strength)物性，在采用这样的分离膜13的电池循环中发生芯体变形(core deformation)时在台阶部能够防止分离膜13受损或者贯通。
对于利用上述的电极层叠体制造的电极组件进行说明。
参照图4至图9，电极组件110包括电极单元主体部111、多个非弯折部115a以及多个成型部117。
电极单元主体部111是在片状的第一电极片11和第二电极片12之间层叠分离膜13的状态下进行凝胶卷类式(jelly roll type)卷取的圆筒形部位。如上述说明，第一电极片11和第二电极片12的宽度方向端部形成有未涂覆活性物质层的无涂层部15，这些无涂层部分别配置在电极单元主体部111的轴方向的一侧和另一侧，沿轴方向延伸。
电极单元主体部111通过将沿长度方向延伸较长的上述电极层叠体缠绕在卷取棒(未图示)周围并且将卷取棒从电极单元主体部111拔出来形成。这时，电极层叠体10中层叠的第一电极片11和第二电极片12以及分离膜13越多，越是能够缩短电极组件110的卷取时间以及制造时间。在上述电极单元主体部111中拔出上述卷取棒的位置构成中空的芯体部112。
电极单元主体部111的轴方向的一侧以一定高度露出有第一电极片11的无涂层部15，电极单元主体部111的轴方向的另一侧以一定高度露出有第二电极片12的无涂层部15。
并且，通过上述说明的无涂层部删除部位C，在与上述芯体部112相邻的无涂层部区间形成凹进部112a。
剪裁部210沿轴方向切割电极单元主体部111的无涂层部15。由此在非弯折部115a与预计弯折部117a之间形成有切割线113。上述切割线113沿周围方向划分非弯折部115a和预计弯折部117a。即上述切割线113使得非弯折部115a和预计弯折部117a彼此分开。上述切割线113形成为从无涂层部15的轴方向端部朝电极单元主体部111侧沿轴方向延伸的形状。这时，非弯折部115a和预计弯折部117a原样保持沿电极单元主体部111的轴方向立起的状态。
由此，上述电极单元主体部111的无涂层部15形成非弯折部115a和预计弯折部117a。
为了防止在沿轴方向剪裁较薄的无涂层部时有可能出现的挫屈现象，对上述切割线113进行剪裁加工的剪裁部210可以使用超声波刀具。
上述剪裁部210包括沿与电极单元主体部111的半径方向对应的方向配置的多个刃211以及用于固定上述刃211的振动产生部213。
上述振动产生部213包括圆板以及用于振动上述圆板的振动源。
上述多个刃211的基端部可以固定于振动产生部213的圆板表面，并且沿与电极单元主体部111的轴方向对应的方向延伸，前端部设有锋利的刀刃。
多个刃211以振动产生部213的中心部为基准放射状配置。例如，用于规定预计弯折部117a的一对刃211以振动产生部213的中心部为基准可以十字(+)状形成在四处。与此不同地，上述一对刃211可以间隔60°放射状配置在六处。与此不同地，一对第二刃221可以间隔120°放射状配置在三处。这样的一对刃211之间的角度可以根据电极单元主体部111的直径或电池组的电容量以及焊接于其上的集电板的形状可以恰当地选择。
在实施例中作为优选的结构示出了用于规定预计弯折部117a的一对刃211彼此平行配置的直线结构。但是，一对第一刃211无需严格地平行配置。比如说，一对刃211可以是随着朝向离心侧其之间的距离逐渐变远的形状或者随着朝向向心侧其之间的距离之间变远的形状。并且，示出了上述刃211是直线形状的例子，但是，并不是说上述刃211一定是直线形状。比如说上述刃211还可以是缓慢的曲线形状。
一对刃211和与其相邻的另一个一对刃211之间的圆周方向的距离随着朝向向心方向变近，随着朝向离心方向可以变远。即这样可以规定非弯折部115a的扇形。
振动产生部213可以包括超声波振子。振动产生部213的中心部形成有第一连通孔部215，以便与芯体部连通。振动产生部213在刃211沿电极单元主体部111的轴方向移动而切割无涂层部15时进行超声波振动。
如果刃211在轴方向按压上述无涂层部15的力量未用于切割线113的加工而是按压上述无涂层部15，则有可能出现无涂层部15挫屈或者切割线113附近的无涂层部15部位折弯或者折叠等变形。
相反，如果刃211进行超声波振动，则在刃211剪裁无涂层部15是防止如上所述的现象，非常顺利地进行剪裁加工。由此，能够提高无涂层部15的切割速度，形成光滑的无涂层部15的切割线113。这样的振动产生部213只要是能够使刃211振动，则可以采用各种振动。
多个非弯折部115a可以以芯体部112为中心沿圆周方向分开相同的间隔配置。并且，多个非弯折部115a可以形成为相同的尺寸以及相同的形状。
在电极单元主体部111的轴方向一侧或者两侧，在无涂层部15与芯体部112之间形成凹进部112a。凹进部112a形成为与芯体部112构成同心状。凹进部112a形成为围绕芯体部112的环状。
凹进部112a的上端部的高度可以与切割线113的下端部的高度实质上对应。凹进部112a的半径方向宽度可以形成为与从上述切割线113的下端部起测量的无涂层部15的轴方向高度相同或者宽一些或窄一些。
多个成型部117通过将配置在非弯折部115a之间的无涂层部15的预计弯折部117a向与轴方向交叉的方向、比如说半径方向加压放倒来形成。多个成型部117可以利用下面说明的冲压部230加压放倒无涂层部15的预计弯折部117a来形成。这时，多个成型部117可以连续重叠放倒构成预计弯折部117a的多个非切割片形成。由此，相对于电极单元主体部111的轴方向，成型部117可以倾斜形成或者完全放倒后平整地形成。
上述的多个成型部117是焊接于集电板130、140后形成电流路径(电流通道)的部分。进一步地，多个非弯折部115a也可以与集电板130、140相接或焊接，从而能够通电。需要说明的是，非弯折部115a以线接触于集电板130、140的状态焊接(比如说激光焊接)于集电板130、140，所以与上述成型部117相比，非弯折部115a增大电流路径的效果并不是很大。相反，成型部117通过沿半径方向放倒预计弯折部117a形成，所以成型部117覆盖分开相当于分离膜13厚度的无涂层部15的间隔。这样的成型部117以面接触的状态焊接于集电板130、140，所以随着成型部117面积的增大，电极组件110和集电板130、140的电流路径能够相对增大。这样的成型部117将电流路径增大相当于加上无涂层部15之间的间隔的面积的量，所以即使应用于大容量的电池单元100，也能够抑制电池单元100的发热量增加，降低起火可能性。
如果将非弯折部115a不焊接于集电板130、140而是露出，则在向上述电极组件注入电解液时可以提高电解液的浸渍性。通过弯折非切割片，在上述成型部117部位有可能降低电解液的浸渍性，但是，上述切割面部115a与上述成型部117相邻，对其进行补偿，所以电解液的浸渍不会出现其它问题。
根据本发明，在无涂层部15，非弯折部115a和预计弯折部117a通过在轴方向形成切割线的剪裁部在周围方向彼此分开，之后加压放倒预计弯折部117a，形成成型部117。由此，在加压预计弯折部117a形成成型部117时，能够防止成型部117与非弯折部115a的边界部16被撕裂或者不规则地歪斜变形。
并且，由于能够防止成型部117与非弯折部115a的边界部16被撕裂或者变形，所以能够防止在被撕裂或者变形的部位中与相反极性的电极片11、12接触。并且，通过防止无涂层部15与有涂层部14的边界部16被撕裂或者变形，从而能够防止涂覆在有涂层部14的活性物质脱离有涂层部14或者粘贴力变弱。由此，能够抑制电池单元100的性能和容量减少。
并且，能够防止分离膜13的边缘因边界部16的撕裂或变形的部分翘曲或受损。由此，能够防止第一电极片11和第二电极片12的短路。而且，能够减少电池单元100的发热量或者显著降低爆炸可能性。
并且，在预计弯折部117a的两侧沿周围方向与非弯折部115a彼此分开的状态下加压预计弯折部117a形成成型部117，所以能够防止预计弯折部117a的多个非切割片因弹回(spring back)现象倾斜地立起并张开。并且，如果利用冲压部230以很强的压力加压预计弯折部117a，则成型部117(预计弯折部117a的多个非切割片)最大限度平整地紧贴的状态重叠于非弯折部115a。由此，以成型部117和切割部面接触在集电板130、140的状态焊接，从而能够显著增加焊接截面面积。并且，随着焊接截面面积的增加，增加电流路径的截面面积，从而具有能够显著减少电池单元100的电阻的优点。这是因为电阻与电流流过的通道的截面面积成反比。
非弯折部115a以电极单元主体部111的芯体部112为中心沿圆周方向形成为扇形。非弯折部115a的顶点部朝向芯体部112。非弯折部115a形成为扇形，所以各成型部117可以以芯体部112为中心放射状配置在多个非弯折部115a之间。并且，根据扇形的非弯折部115a的中心角，成型部117的外围侧的宽度可以与芯体部112侧的宽度相同或者更大。
优选地，上述非弯折部115a可以具有60°～120°的中心角θ1(参照图7)。中心角θ1是两侧边从扇形的顶点分开的角度。在非弯折部115a的中心角θ1为90°的情况下，四个非弯折部115a可以沿无涂层部15的圆周方向形成为十字状。在非弯折部115a的中心角θ1为60°的情况下，切割面可以沿无涂层部15的圆周方向形成六个。在非弯折部115a的中心角θ1为120°的情况下，切割面可以沿无涂层部15的圆周方向形成三个。在本发明中，上述非弯折部的中心角并不限定于上述范围内。比如说上述中心角还可以是45度或者30度，还可以是180度。
预计弯折部117a中从无涂层部15与有涂层部14的边界部16朝轴方向外侧分开一定距离的部分被弯折。这是相当于与切割线113的端部对应的高度的部分。由此，当预计弯折部117a被弯折时，在从有涂层部14分开的位置弯折无涂层部15，所以弯折导致的无涂层部的变形不会传递至有涂层部，从而能够防止涂覆在有涂层部14的活性物质脱落。
上述的非弯折部115a的中心角可以考虑电极单元主体部111的直径、电池单元100的电容等恰当地选择。例如，随着电极单元主体部111的直径增大，非弯折部115a的中心角可以形成为接近60°。这是因为随着电极单元主体部111的直径增大，电流路径的截面面积的扩大有利于防止发热或起火，所以为了加大成型部117的面积，减小非弯折部115a的中心角。并且，随着电极单元主体部111的电容增加，可以将非弯折部115a的中心角形成为接近60°
成型部117可以以电极单元主体部111的芯体部112为中心放射状形成。在四个成型部117形成为十字状的情况下，非弯折部115a的中心角构成90°。在六个成型部117以芯体部112为中心放射状形成的情况下，非弯折部115a的中心角构成60°。在三个成型部117以芯体部112为中心放射状形成的情况下，非弯折部115a的中心角构成120°。成型部117以芯体部112为中心放射状形成，所以电流路径可以沿电极单元主体部111的圆周方向均匀分散。
成型部117可以形成为无涂层部15的预计弯折部117a朝电极单元主体部111的芯体部112侧放倒的形状。由此，防止成型部117从电极单元主体部111的外周面向外侧突出，所以在制造电池单元100时，电极组件110能够顺利地投入到电池罐120内部。并且，能够防止成型部117卡在电池罐120。
在使预计弯折部117a向电极单元主体部111的芯体部112侧放倒的情况下，当与芯体部112相邻的预计弯折部117a放倒时有可能出现遮挡上述芯体部112的现象。
上述芯体部112有时成为投入电解液的通道，有时还可以成为插入焊接棒的通道。因此，优选地，上述芯体部112在轴方向开放。因此，如图1的(b)示出，如果在事先剪裁了位于芯体部侧的无涂层部的一部分区间C的状态下如上述说明制造电极组件，则如图3、图4示出，变成删除了与芯体部112相邻的无涂层部的形状，在该状态下形成成型部117，则如图8、图9示出，不会出现芯体部112被遮挡的问题。
成型部117可以与电极单元主体部111的半径方向并排形成。成型部117可以形成为以电极单元主体部111的芯体部112为中心对称。由此，成型部117沿电极单元主体部111的半径方向可以形成几乎相同面积的电流路径。
电极单元主体部111的中心部可以形成有芯体部112。芯体部112形成为贯通电极单元主体部111的中心部的中空形状。芯体部112的截面可以是圆形。芯体部112形成为中空形状，所以在电极组件110投入到电池罐120之后电解液注入器(未图示)可以通过芯体部112注入电解液。由此，能够缩短电解液注入时间，所以能够缩短电池单元100的制造时间。并且，在将电解液注入器插入芯体部112时，能够防止芯体部112附近的电极片11、12或分离膜13被卡住而撕裂或受损。
电极单元主体部111可以形成为圆筒形。由此，可以以使得电极单元主体部111的外侧面紧贴于圆筒形电池罐120的内侧面的方式投入。
其次，参照图10等对根据本发明的电池单元的制造方法进行说明。
在片状的第一电极片11和第二电极片12之间层叠分离膜13(S11)。这时，将层叠有第一电极片11、第二电极片12以及分离膜13的结构体称为电极层叠体10。在电极层叠体10中，第一电极片11的无涂层部15向电极层叠体10的宽度方向的一侧突出，第二电极片12的无涂层部15向电极层叠体10的宽度方向的另一侧突出。
第一电极片11和第二电极片12以及分离膜13进行凝胶卷式卷取(S12)。这时，将电极层叠体10卷取在卷取棒来形成电极组件110，并且从电极组件110分离出卷取棒。在电极组件110的中心部，拔出卷取棒的部分形成中空形状的芯体部112。芯体部112形成为贯通电极组件110的轴方向。上述电极层叠体10中层叠的第一电极片11和第二电极片12以及分离膜13越多，越是能够缩短电极组件110的卷取时间以及制造时间。
图1的(b)示出的无涂层部的一部分区域C的去除可以在电极层叠体工序(S11)之后进行卷取工序(S12)之前执行。这可以是通过激光剪裁加工来剪裁并去除无涂层部的一部分区域的过程。
在上述规定区间C中去除无涂层部15的深度和上述切割线113的深度可以彼此对应。
剪裁部210沿电池单元100的轴方向移动而放射状切割第一电极片11和第二电极片12的无涂层部15(S13)。这时，剪裁部210沿轴方向切割电极单元主体部111的无涂层部15，从而沿周围方向分开非弯折部115a和预计弯折部117a。这时，非弯折部115a和预计弯折部117a原样维持沿电极单元主体部111的轴方向立起的状态。
随着冲压部230加压而放倒无涂层部15的预计弯折部117a，从而形成成型部117(S14)。多个成型部117配置在非弯折部115a之间，随着加压而放倒无涂层部15的预计弯折部117a来形成。多个成型部117可以利用下面说明的冲压部230加压而放倒无涂层部15的预计弯折部117a来形成。这时，在多个成型部117中构成预计弯折部117a的多个非切割片可以连续重叠放倒。由此，相对于电极单元主体部111的轴方向，成型部117可以倾斜少许形成或者平整地形成。
与上述切割线113的切割深度对应的上述预计弯折部117a的下端部被弯折从而形成上述成型部117。
非弯折部115a以与集电板130、140线接触的状态激光焊接于集电板130、140。这可以带来增大电流路径的效果。相反，成型部117通过使预计弯折部117a沿半径方向放倒来形成，所以成型部117覆盖分开相当于分离膜13厚度的无涂层部15的间隔。这样的成型部117以与集电板130、140面接触的状态焊接，所以随着成型部117的面积增大，电极组件110和集电板130、140的电流路径可以进一步增大。这样的成型部117将电流路径增大相当于加上无涂层部15间隔的面积，所以即使应用于大容量的电池单元100，也能够抑制电池单元100的发热量的增加，降低起火可能性。
根据本发明的制造方法，在无涂层部15中非弯折部115a和预计弯折部117a彼此分开之后加压而放倒预计弯折部117a来形成成型部117。由此，在加压预计弯折部117a形成成型部117时，能够防止成型部117与非弯折部115a的边界部16被撕裂或者不规则地歪斜变形。
并且，能够防止分离膜13的边缘因边界部16的撕裂或变形的部分翘曲或受损。由此，能够防止第一电极片11和第二电极片12的短路。而且，能够减少电池单元100的发热量或者显著降低爆炸可能性。
非弯折部115a可以以电极单元主体部111的芯体部112为中心沿圆周方向形成为扇形。非弯折部115a的顶点部朝向芯体部112。非弯折部115a形成为扇形，所以各成型部117能够以芯体部112为中心放射状配置在多个非弯折部115a之间。
非弯折部115a可以具有60°～120°的中心角θ1。例如，在非弯折部115a的中心角θ1为90°的情况下，四个非弯折部115a沿无涂层部15的圆周方向形成为十字状。在非弯折部115a的中心角θ1为60°的情况下，切割面可以沿无涂层部15的圆周方向形成六个。在非弯折部115a的中心角θ1为120°的情况下，切割面可以沿无涂层部15的圆周方向形成三个。
预计弯折部117a中从无涂层部15与有涂层部14的边界部16朝轴方向外侧分开一定距离的部分被弯折。这是相当于与切割线113的端部对应的高度的部分。由此，当预计弯折部117a被弯折时，在从有涂层部14分开的位置弯折无涂层部15，所以弯折导致的无涂层部的变形不会传递至有涂层部，从而能够防止涂覆在有涂层部14的活性物质脱落。
成型部117可以以电极单元主体部111的芯体部112为中心放射状形成。在四个成型部117形成为十字状的情况下，非弯折部115a的中心角θ1构成90°。在六个成型部117以芯体部112为中心放射状形成的情况下，非弯折部115a的中心角θ1构成60°。在三个成型部117以芯体部112为中心放射状形成的情况下，非弯折部115a的中心角θ1构成120°。成型部117以芯体部112为中心放射状形成，所以电流路径可以沿电极单元主体部111的圆周方向均匀分散。
成型部117可以形成为无涂层部15的预计弯折部117a朝电极单元主体部111的芯体部112侧放倒的形状。由此，防止成型部117从电极单元主体部111的外周面朝外侧突出，所以在制造电池单元100时，电极组件110能够顺利地投入到电池罐120内部。并且，能够防止成型部117卡在电池罐120。
成型部117可以沿电极单元主体部111的半径方向形成。成型部117可以以电极单元主体部111的芯体部112为中心对称形成。
剪裁部210通过振动产生部213振动而切割无涂层部15。振动产生部213可以包括超声波振子。剪裁部210一边振动一边切割无涂层部15，所以能够提高无涂层部15的切割性能以及切割速度。
对于利用如上所述的电极组件制造的电池单元进行说明。
参照图11，根据本发明的电池单元100包括电极组件110、电池罐120、密封盖部150以及第一集电板130。
电极组件110与上述内容实质上相同，所以省略其说明。
电池罐120的内部收容电极组件110。电池罐120与第一电极片11以及第二电极片12中的任意一个电连接，从而具有第一极性。电池罐120可以以导电性材质形成，以使电流流过。例如，电池罐120可以以包括不锈钢材质、铝材质等的材质制造。电池罐120可以形成为在一侧形成开放端的圆筒形。
密封盖部150对电池罐120的开放端进行密封。密封盖部150设置成与电池罐120实现绝缘。密封盖部150防止外部的杂质或湿气渗透到电池罐120内部。
第一集电板130与第一电极片11以及第二电极片12中的另外一个电连接，并且具有第二极性。第一集电板130可以配置在电极组件110与密封盖部150之间。第一集电板130电连接于密封盖部150。第一集电板130可以焊接于第一电极片11以及第二电极片12中的另外一个的无涂层部15。这时，无涂层部15的成型部117可以以与第一集电板130面接触的状态焊接，无涂层部15的非弯折部115a以与第一集电板130线接触的状态焊接。由此，无涂层部15和第一集电板130的焊接截面面积增加，所以电流路径的截面面积增大，能够显著降低电池单元100的电阻。并且，能够减少电池单元100的发热量，降低电池单元100的起火可能性。
第一电极片11可以是负极片，第二电极片12可以是正极片。并且，第一电极片11可以是正极片，第二电极片12可以是负极片。
通过电极组件110的芯体部112向上述的电池罐120内部注入电解液。
电解液可以是具有A+B-等结构的盐。其中，A+包括Li+、Na+、K+等碱性金属阳离子或由它们的组合构成的离子。另外，B-包括选自由F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4-、ClO4-、AlO4-、AlCl4-、PF6-、SbF6 -、AsF6 -、BF2C2O4 -、BC4O8 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、C4F9SO3、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2、SCN-以及(CF3CF2SO2)2N-构成的群的任意一个以上的阴离子。
电解液还可以溶解于有机溶剂中使用。作为有机溶剂可以使用碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)、碳酸乙烯酯(ethylenecarbonate，EC)、碳酸二乙酯(diethylcarbonate，DEC)、碳酸二甲酯(dimethyl carbonate，DMC)、碳酸二丙酯(dipropylcarbonate，DPC)、二甲亚砜(dimethyl sulfoxide)、乙腈(acetonitrile)、乙二醇二甲醚(dimethoxyethane)、二乙氧基乙烷(diethoxyethane)、四氢呋喃(tetrahydrofuran)、N-甲基吡咯烷酮(Nmethyl-2-pyrrolidone，NMP)、乙基甲基碳酸酯(ethyl methyl carbonate，EMC)、γ-丁内酯(γbutyrolactone)或者它们的混合物。
密封盖部150还可以包括绝缘子157，绝缘子157覆盖第一集电板130，并且边缘夹在支撑部122的内周面与第一集电板130之间。绝缘子157实现密封盖部150与电池罐120的电气绝缘。
绝缘子157可以以具有绝缘性的高分子树脂构成。例如，绝缘子157可以以聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺或者聚对苯二酸丁二酯构成。
密封盖部150包括以屏蔽电池罐120的开放端的方式设置的盖板151。盖板151整体可以形成为圆盘状。在盖板151的中心部，向外侧(图13的上侧)突出形成外部端子152。
密封盖部150包括配置在盖板151下侧的通气板153。通气板153(vent plate)在电池罐120内部压力达到既定压力以上时破损。这样的通气板153防止电池单元100的爆炸。
通气板153和第一集电板130通过引导部155电连接。并且，通气板153与盖板151接触，从而形成电流路径的一部分。
电池罐120开放端的下侧形成有朝电池罐120内侧凹陷的支撑部122。通气板153和盖板151层叠于支撑部122的上侧。
支撑部122的内侧面和通气板153及盖板151的周围部夹着绝缘子157。绝缘子157覆盖第一集电板130，并且边缘夹在支撑部122的内周面与第一集电板130之间。这样的绝缘子157构成密封盖部150的一部分。
电池罐120的开放端形成有夹紧部123，以便加压盖板151和绝缘子157。将夹紧部123朝电池罐120的开放端内侧弯折，从而对盖板151的周围与电池罐120的开放端之间进行密封。支撑部122和夹紧部123压接固定第一集电板130和通气板153的周围，所以第一集电板130和通气板153的移动受到限制，从而能够提高电池单元100的组装稳定性。并且，能够防止电池罐120的气密性因外部冲击泄露。
第一电极片11以及第二电极片12中的任意一个通过第二集电板140而可以与电池罐120电连接。这时，第二集电板140可以焊接于形成在第一电极片11以及第二电极片12中的任意一个的无涂层部15。无涂层部15的非弯折部115a以及成型部117和第二集电板140可以通过激光焊接。由此，增大无涂层部15和第二集电板140的焊接截面面积，所以增大了电流路径的截面面积，从而能够显著减少电池单元100的电阻。并且，能够减少电池单元100的发热量，降低电池单元100的起火可能性。
并且，形成于第一电极片11以及第二电极片12中的任意一个的无涂层部15当然可以直接焊接于电池罐120的内侧面。
图12是示出根据本发明的电极组件收容在电池组外壳的状态的立体图。
参照图12，根据本发明实施例的电池组包括电连接圆筒形电池单元100的集合体以及收容该集合体的电池组外壳101。圆筒形电池单元100可以是根据上述实施例的圆筒形电池单元100中的任意一个。在附图中，为了便于示出，省略示出了用于将多个圆筒形电池单元100电连接的母线(未图示)、冷却单元(未图示)、外部端子(未图示)等部件。
电池组可以搭载于车辆300。作为一例，车辆300可以是电动汽车、混合动力汽车或者插入式混合动力汽车。汽车包括四轮汽车或者两轮汽车。
图13是用于说明根据本发明的包括电池组的车辆的图。
参照图13，根据本发明一实施例的车辆300包括根据本发明一实施例的电池单元100。汽车从根据本发明一实施例的电池单元100接受电力进行操作。
以上，参照附图说明了本发明，但是，本发明并不限定于本说明书中公开的实施例和附图，应该可以理解，本领域技术人员在本发明的技术思想范围内可以得到各种变形。而且，即使在说明上述的本发明的实施例时没有明确记载基于本发明构成的作用效果，也应该认可基于对应构成可预测的效果。

Claims (28)

1.一种剪裁装置，其用于切割电极组件(110)的无涂层部(15)的至少一部分，上述电极组件(110)包括电极单元主体部(111)，上述电极单元主体部(111)以层叠片状的第一电极片(11)和第二电极片(12)和分离膜(13)的状态被卷取，并且在上述第一电极片(11)和上述第二电极片(12)中的至少任意一个片的宽度方向端部具备未涂覆活性物质层的无涂层部(15)，
上述剪裁装置包括剪裁部(210)，该剪裁部(210)沿上述电极组件(110)的轴方向移动而在沿轴方向延伸的上述无涂层部(15)上沿轴方向形成切割线。
2.根据权利要求1所述的剪裁装置，其中，
上述剪裁部(210)包括多个刃(211)，它们配置成放射状，并且沿轴方向延伸。
3.根据权利要求1所述的剪裁装置，其中，
上述剪裁部(210)还包括振动产生部(213)。
4.一种电极组件加工装置，其包括：
权利要求1所述的剪裁装置；以及
冲压部(230)，其加压而放倒未切取上述无涂层部(15)的预计弯折部(117a)从而形成成型部(117)，
其中，上述冲压部(230)沿上述电极单元主体部(111)的半径方向移动而使上述无涂层部(15)的预计弯折部(117a)向上述电极单元主体部(111)的半径方向放倒。
5.一种电池单元(100)的制造方法，包括：
层叠片状的第一电极片(11)、第二电极片(12)和分离膜(13)而制造电极层叠体的步骤(S11)；
卷取上述电极层叠体(10)而制造电极单元主体部(111)的步骤(S12)；
剪裁部(210)沿上述电极单元主体部(111)的轴方向移动而在电极单元主体部(111)的无涂层部(15)上沿轴方向形成切割线(113)的步骤；以及
冲压部(230)加压设置在上述无涂层部(15)的相邻的两个切割线(113)之间的预计弯折部(117a)而使其在半径方向放倒，从而形成成型部(117)的步骤。
6.根据权利要求5所述的电池单元(100)的制造方法，其中，
配置在相邻的两个上述预计弯折部(117a)之间的非弯折部(115a)以上述电极单元主体部(111)的芯体部(112)为中心沿圆周方向形成为扇形。
7.根据权利要求5所述的电池单元(100)的制造方法，其中，
配置在相邻的两个上述预计弯折部(117a)之间的上述非弯折部(115a)具有30°～180°的中心角。
8.根据权利要求5所述的电池单元(100)的制造方法，其中，
上述成型部(117)以上述电极单元主体部(111)的芯体部(112)为中心形成为放射状。
9.根据权利要求5所述的电池单元(100)的制造方法，其中，
上述成型部(117)形成为上述无涂层部(15)的预计弯折部(117a)朝上述电极单元主体部(111)的芯体部(112)侧放倒的形状。
10.根据权利要求5所述的电池单元(100)的制造方法，其中，
上述成型部(117)沿上述电极单元主体部(111)的半径方向形成。
11.根据权利要求5所述的电池单元(100)的制造方法，其中，
上述切割线(113)的切割深度达到从上述无涂层部(15)与有涂层部(14)之间的边界部(16)向上述轴方向外侧分开一定距离的规定部分，
上述成型部(117)通过与上述切割深度对应的上述预计弯折部(117a)的下端部被弯折而形成。
12.根据权利要求5所述的电池单元(100)的制造方法，其中，
上述剪裁部(210)通过振动产生部(213)进行振动而切割上述无涂层部(15)。
13.根据权利要求5所述的电池单元(100)的制造方法，其中，
在两个上述步骤(S11、S12)之间，还包括：
去除与芯体侧相邻配置的上述电极层叠体(10)的无涂层部(15)的规定区间(C)的步骤。
14.根据权利要求13所述的电池单元(100)的制造方法，其中，
在上述规定区间(C)中无涂层部(15)被去除的深度和上述切割线(113)的深度彼此对应。
15.一种电极组件(110)，其包括：
电极单元主体部(111)，其在片状的第一电极片(11)与第二电极片(12)之间层叠分离膜(13)，上述第一电极片(11)、上述第二电极片(12)以及上述分离膜(13)被卷取，在上述第一电极片(11)和上述第二电极片(12)的宽度方向端部形成有未涂覆活性物质层的无涂层部(15)；
凹进部(112a)，其在上述电极单元主体部(111)的无涂层部(15)中配置在芯体侧，并且具备与相对于上述凹进部(112a)配置在半径方向外侧的无涂层部(15)相比在轴方向凹陷的高度；
多个切割线(113)，其在上述电极单元主体部(111)的无涂层部(15)中形成在上述凹进部(112a)的半径方向外侧部位，并且沿轴方向形成到规定深度；
多个切割线阵列，它们是由上述多个切割线(113)排列成一列而形成的；以及
多个成型部(117)，它们是通过加压而放倒配置在周围方向相邻的两个上述切割线阵列之间的无涂层部(15)的预计弯折部(117a)而形成的。
16.根据权利要求15所述的电极组件(110)，其中，
配置在沿周围方向相邻的两个上述成型部(117)之间的非弯折部(115a)以上述电极单元主体部(111)的芯体部(112)为中心沿圆周方向形成为扇形。
17.根据权利要求16所述的电极组件(110)，其中，
上述非弯折部(115a)具有30°～180°的中心角。
18.根据权利要求15所述的电极组件(110)，其中，
上述切割线(113)的切割深度达到从上述无涂层部(15)与有涂层部(14)之间的边界部(16)朝上述轴方向外侧分开一定距离的规定部分。
19.根据权利要求18所述的电极组件(110)，其中，
上述凹进部(112a)在轴方向具有与上述规定部分对应的高度。
20.根据权利要求18所述的电极组件(110)，其中，
上述预计弯折部(117a)沿轴方向在与上述规定部分对应的部位被弯折成型。
21.根据权利要求15所述的电极组件(110)，其中，
上述成型部(117)以上述电极单元主体部(111)的芯体部(112)为中心形成为放射状。
22.根据权利要求15所述的电极组件(110)，其中，
上述成型部(117)形成为上述预计弯折部(117a)朝上述电极单元主体部(111)的芯体部(112)侧放倒的形状。
23.根据权利要求22所述的电极组件(110)，其中，
上述芯体部(112)形成为贯通上述电极单元主体部(111)的中心部的中空形状，上述成型部(117)在轴方向不遮挡上述芯体部(112)。
24.根据权利要求15所述的电极组件(110)，其中，
上述凹进部(112a)的半径方向的宽度对应于从沿半径方向与上述凹进部(112a)相邻配置的上述切割线(113)的下端部起测量的上述预计弯折部(117a)的轴方向高度。
25.一种电池单元(100)，其包括：
权利要求15至24中任一项所述的电极组件(110)；
电池罐(120)，其收容上述电极组件(110)，且与上述第一电极片(11)以及上述第二电极片(12)中的任意一个电连接而具有第一极性；
密封盖部(150)，其对上述电池罐(120)的开放端进行密封；以及
第一集电板(130)，其与上述第一电极片(11)以及上述第二电极片(12)中的另外一个电连接，具有第二极性。
26.根据权利要求25所述的电池单元(100)，其中，
上述第一集电板(130)焊接于上述成型部(117)。
27.一种电池组，包括至少一个权利要求26所述的电池单元(100)。
28.一种车辆，包括至少一个权利要求27所述的电池组。
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