CN116457970A - 电极组件 - Google Patents

Abstract

本发明的电极组件包括保护块，所述保护块由第一保护板和从第一保护板的一个纵向侧边垂直延伸的第二保护板构成，所述保护块在a)电极层叠体的全长度方向上的边角部，b)全宽度方向上的边角部，或者c)全长度方向和全宽度方向上的每个边角部，由此防止隔膜折叠现象。

Description

电极组件

技术领域

本申请要求于2021年10月12日提交的韩国专利申请第10-2021-0134888号和于2022年10月11日提交的韩国专利申请第10-2022-0129405号的优先权，通过引用将上述韩国专利申请的公开内容结合在此。

本发明涉及一种包括保护块的电极组件。

背景技术

随着诸如移动电话和膝上型计算机的便携式电子装置的发展，对作为其能源的二次电池的需求迅速增加。近年来，已经实现了将二次电池用作混合动力电动车辆(HEV)和电动车辆(EV)的动力源。因此，对能够满足各种需求的二次电池已经进行了许多研究。特别是，对具有高能量密度、高放电电压和输出的锂二次电池的需求正在增加。

然而，锂二次电池具有本质上低安全性的问题。在二次电池的使用期间，如果在电池元件的局部发生诸如短路的缺陷，则可能导致诸如内部温度升高和产生气体的现象，并且诸如电极的内部元件的形状可能由于温度升高和产生的气体而变形。这种形状变形可能加速额外短路的发生，并且由于短路而导致电池起火的可能性增加。

锂二次电池包括电极组件和电池壳体，电极组件中设置有正极和负极，隔膜插置在正极和负极之间，正极和负极分别涂覆有正极活性材料和负极活性材料，电池壳体作为外部封装，将电极组件与电解液密封并容纳在一起。

构成锂二次电池的电极组件由具有正极/隔膜/负极结构的电极层叠体构成，可分为果冻卷型(卷绕型)、堆叠型(层叠型)和作为混合形式的堆叠/折叠型。

果冻卷型电极组件通过以下方式制造，用电极活性材料等涂覆用作集流体的金属箔，干燥并压制金属箔，将金属箔切割成期望宽度和长度的带状，使用隔膜分隔正极和负极，然后螺旋地卷起隔膜。果冻卷型电极组件适用于圆柱形电池。

在堆叠型或堆叠/折叠型电极组件的结构中，正极单元和负极单元在电极层叠体中顺序地堆叠，隔膜插置在正极单元和负极单元之间。堆叠型或堆叠/折叠型电极组件容易获得棱柱形状。

堆叠型或堆叠/折叠型锂二次电池可以通过以下方法获得，将具有正极/隔膜/负极/隔膜结构的单电池重复地堆叠或使用连续隔膜进行折叠，或者将正极添加在具有隔膜/负极/隔膜结构的半电池的上方和下方。

另一方面，在堆叠型或堆叠/折叠型锂二次电池中，有时会发现电池表现出高于自放电速率的压降行为的低电压缺陷电池。低电压故障的主要原因是，在组装过程期间，隔膜的边角部被折叠或撕裂，使得正极和负极相互直接面对，从而发生电气短路。因此，有必要开发能够解决上述问题的电极组件。

[现有技术文件]

韩国专利申请第10-2018-0081926号

发明内容

技术问题

作为解决上述问题的多模态研究的结果，证实了当电极层叠体的边角部被保护块包住，所述保护块由第一保护板和从第一保护板的一个纵向侧边垂直延伸的第二保护板组成时，不会发生隔膜折叠或撕裂的现象。

因此，本发明的目的是提供一种不会造成隔膜损坏的电极组件。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种电极组件，包括：

电极层叠体；

保护块，包住所述电极层叠体的边角部；和

固定带，沿全宽度方向或全长度方向缠绕所述电极层叠体的外表面和所述保护块的外表面，

其中所述保护块由第一保护板和从所述第一保护板的一个纵向侧边垂直延伸的第二保护板构成。

在本发明的实施方式中，所述保护块可以：

a)在所述电极层叠体的全长度方向上包住所述边角部，

b)在除了电极接片之外的所述电极层叠体的全宽度方向上包住所述边角部，或者

c)在所述电极层叠体的全长度方向和除了所述电极接片之外的全宽度方向上包住所述边角部。

在本发明的实施方式中，a)四个保护块在所述电极层叠体的全长度方向上包住所述边角部，所述保护块可设置在所述电极层叠体的全长度方向上的每个边角部。

在本发明的实施方式中，b)四个保护块在除了所述电极接片之外的所述电极层叠体的全宽度方向上包住所述边角部，所述保护块可设置在所述电极层叠体的全宽度方向上的每个边角部。

在本发明的实施方式中，c)四个保护块在所述电极层叠体的全长度方向上包住所述边角部，四个保护块在除了所述电极接片之外的全宽度方向上包住所述边角部，所述保护块可设置在所述电极层叠体的全长度方向和全宽度方向上的每个边角部。

在本发明的实施方式中，每个保护块可与相邻的保护块具有分离距离。

在本发明的实施方式中，所述保护块可由选自由聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、乙烯乙酸乙烯酯和丙烯酸酯化合物组成的组中选择的至少一种材料制成。

在本发明的实施方式中，所述固定带可设置在多个位置，并且可定位成彼此间隔开。

在本发明的实施方式中，所述固定带可沿全宽度方向缠绕所述电极层叠体的外表面和所述保护块的外表面一圈或多圈。

在本发明的实施方式中，多个固定带可基于所述电极组件的全长度方向的中点上的全宽度线固定在对称位置。

在本发明的实施方式中，所述固定带可沿全长度方向缠绕所述电极层叠体的外表面和所述保护块的外表面一圈或多圈。

在本发明的实施方式中，多个固定带可基于所述电极组件的全宽度方向的中点上的全长度线固定在对称位置。

在本发明的实施方式中，所述电极层叠体可具有隔膜，所述隔膜插置在正极与负极之间，并且所述电极层叠体的全长度方向的长度可比与所述全长度方向正交的全宽度方向的长度长。

有益效果

本发明的电极组件由于包括保护块可具有能够防止隔膜折叠现象的效果，所述保护块包括第一保护板和从第一保护板的一个纵向侧边沿垂直方向延伸的第二保护板，所述保护块在a)电极层叠体的全长度方向上的边角部；b)电极层叠体的全宽度方向上的边角部；或c)全长度方向和全宽度方向上的每个边角部。

此外，通过防止隔膜折叠现象，可以解决由于隔膜折叠而可能发生的电池短路问题。

附图说明

图1是根据本发明的实施方式的电极组件的立体图。

图2是根据本发明的实施方式的电极组件的前视图。

图3是根据本发明的另一实施方式的电极组件的立体图。

图4是根据本发明的另一实施方式的电极组件的立体图。

图5是常规电极组件的立体图。

图6是示出在常规电极组件中的隔膜折叠状态的照片。

图7是包括另一形式的保护块220的电极组件200的前视图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明，使得本发明所属领域的普通技术人员能够容易地实施本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式体现，并且不限于本文所阐述的实施方式。

为了清楚地描述本发明，省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中用相同的附图标记表示相同或相似的部件。

此外，说明书和权利要求中使用的术语或词语不应被解释为限于通常意义或字典意义，而是基于发明人可以适当地定义术语的概念以尽可能最好的方式描述其发明的原则，被解释为与本发明的技术思想一致的含义和概念。

在下文中，将参考附图详细描述各实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不限于本文所述的实施方式。

本发明涉及一种电极组件，本发明的电极组件100包括：

电极层叠体110；

保护块120，包住电极层叠体110的边角部；和

固定带130，沿全宽度方向或全长度方向缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面，

其中保护块120由第一保护板121和从第一保护板121的一个纵向侧边垂直延伸的第二保护板122构成。

包住电极层叠体110的边角部的保护块120可以：

a)在电极层叠体110的全长度方向y上包住边角部，

b)在除了电极接片111a和112a之外的电极层叠体110的全宽度方向x上包住边角部，或者

c)在电极层叠体110的全长度方向y和除了电极接片111a和112a之外的全宽度方向x上包住边角部。

保护块120可由第一保护板121和从第一保护板121的一个纵向侧边垂直延伸的第二保护板122构成。

具体地，例如，保护块120可具有类似“L”的形状。

此外，第一保护板121和第二保护板122可以是类似方形的形状。

此外，保护块120可以是具有高强度的绝缘材料，例如，具体地，由选自由聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、乙烯乙酸乙烯酯和丙烯酸酯化合物组成的组中选择的至少一种材料制成。

固定带130可用于保持电极组件100的形状不变形，并且可设置在多个位置并且定位成彼此间隔开。

在本发明的实施方式中，固定带130可沿全宽度方向x缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面一圈或多圈。

此外，多个固定带130可基于电极组件100的全长度方向y的中点上的全宽度线固定在对称位置。

固定带130的数量优选为三到五个。

在本发明的另一实施方式中，固定带130可沿全长度方向y缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面一圈或多圈。

此外，多个固定带130可基于电极组件100的全宽度方向x的中点上的全长度线固定在对称位置。

固定带130的数量优选为两到四个。

图1是根据本发明的实施方式的电极组件的立体图，图2是根据本发明的实施方式的电极组件的前视图。

参照图1和图2，根据本发明的实施方式的电极组件100可包括：电极层叠体110；保护块120，在电极层叠体110的全长度方向y上包住边角部；和固定带130，沿全宽度方向x缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面。

保护块120的数量可以是四个，并且可在电极层叠体110的全长度方向y上的每个边角部设置一个保护块120。此外，保护块120可具有与相邻保护块的分离距离。

电极组件100由保护块120覆盖的面积没有特别限制，例如，可以覆盖电极组件100的全长度方向y上的外周表面的总表面积的30％至70％。

尽管固定带130也可沿全长度方向y缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面，但是当保护块120在全长度方向y上包住边角部时，固定带130优选地沿全宽度方向x缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面。

图3是根据本发明的另一实施方式的电极组件的立体图。

参照图3，根据本发明的另一实施方式的电极组件100可包括：电极层叠体110；保护块120，在除了电极接片111a和112a之外的电极层叠体110的全宽度方向x上包住边角部；和固定带130，沿全长度方向y缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面。

保护块120的数量为四个，并且可以在除了电极接片111a和112a之外的电极层叠体110的全宽度方向x上的每个边角部设置一个保护块。此外，保护块120可具有与相邻保护块的分离距离。

因为当保护块120在全宽度方向x上包住整个边角部时，电极接片111a和112a可能断开连接，所以保护块120可在除了电极接片112a和111a之外的全宽度方向x上包住边角部。设置在除了电极接片111a和112a之外的全宽度方向x上的每个边角部的保护块120可以是这样的块，其中从第一保护板121的纵向上的一个侧边垂直延伸的第二保护板122从除了电极接片111a和112之外的部分延伸。

电极组件100由保护块120覆盖的面积没有特别限制，例如，可以覆盖电极组件100的全宽度方向x上的外周表面的总表面积的30％至70％。

固定带130可沿全宽度方向x缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面。然而，当保护块120在全宽度方向x上包住边角部时，固定带130优选地沿全长度方向y缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面。

图4是根据本发明的另一实施方式的电极组件的立体图。

参照图4，根据本发明的另一实施方式的电极组件100可包括：电极层叠体110；保护块120，在全长度方向y和除了电极接片111a和112a之外的全宽度方向x上包住电极层叠体110的边角部；和多个固定带130，沿全宽度方向x缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面。

保护块120的数量为八个。具体地，四个保护块可以设置在电极层叠体110的全长度方向y上的每个边角部，四个保护块可以设置在除了电极接片111a和112a之外的全宽度方向x上的每个边角部。此外，保护块120可具有与相邻保护块的分离距离。

因为当保护块120在全宽度方向x上包住整个边角部时，电极接片111a和112a可能断开连接，所以保护块120可在除了电极接片112a和111a之外的全宽度方向x上包住边角部。设置在除了电极接片111a和112a之外的全宽度方向x上的每个边角部的保护块120可以是这样的块，其中从第一保护板121的纵向上的一个侧边垂直延伸的第二保护板122从除了电极接片111a和112之外的部分延伸。

电极组件100由保护块120覆盖的面积没有特别限制，例如，可以覆盖电极组件100的全宽度方向x和全长度方向y上的外周表面的总表面积的30％至70％。

固定带130可沿全长度方向y缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面。然而，当保护块120在全宽度方向x和全长度方向y上包住边角部时，固定带130优选地沿全宽度方向x缠绕电极层叠体110的外表面和保护块120的外表面。

因为本发明的电极组件100包括如上所述的保护块120，所以可防止隔膜113的端部暴露于外部。因此，可防止隔膜被由于电解液等的注入而出现的外力折叠的现象，从而解决诸如电池短路的问题。此外，可以保护电极组件100免受外部冲击。

c)当保护块在电极层叠体110的全长度方向y和除了电极接片111a和112a之外的全宽度方向x上包住边角部时，保护块120可最有效地防止隔膜折叠现象。此外，a)当保护块在电极层叠体110的全长度方向y上包住边角部时，比b)当保护块在除了电极接片111a和112a之外的电极层叠体110的全宽度方向x上包住边角部时，保护块120可具有更好的效果。也就是说，随着保护块120所覆盖的面积变大，可更有效地防止由于外力引起的隔膜折叠现象。

电极层叠体110可具有这样的形式，其中隔膜113插置在正极111与负极112之间，并且电极层叠体110的全长度方向y的长度比与全长度方向y正交的全宽度方向x的长度长。

此外，电极层叠体110可以是具有多个单元电池的堆叠型电极层叠体110，在单元电池中，隔膜113插置在正极111与负极112之间。或者，电极层叠体110也可以是最外层由隔膜制成的电极层叠体110。此外，还可以使用层叠多个单元电池的层叠/堆叠型电极层叠体，并且电极层叠体110的结构适用于本文描述的所有电极层叠体110。

正极111可包括正极接片111a，负极112可包括负极接片112a。

图5是常规电极组件的立体图。

参照图5，常规电极组件10包括电极层叠体20和固定带30，固定带30沿全宽度方向x缠绕电极层叠体20的外表面。

电极层叠体20和固定带30可以与如上所述的本发明相同。

因为常规电极组件100不包括在全长度方向上包住电极层叠体的边角部的保护块，所以隔膜暴露于外部。

通常，电极组件受到所有方向的外力，此时，除了缠绕有多个固定带的区域之外的区域容易受到外力的影响。特别地，隔膜的端部更容易受到外力的影响，因此即使在较小的外力下也会出现隔膜折叠现象。

然而，根据本发明的实施方式的电极组件100包括保护块120，所述保护块120由第一保护板121和从第一保护板的一个纵向侧边垂直延伸的第二保护板122构成，其中所述保护块120设置在a)全长度方向y上的边角部，b)全宽度方向x上的边角部，或者c)电极层叠体110的全长度方向y和全宽度方向x上的每个边角部。因此，隔膜可以不暴露于外部，从而解决了如上所述的隔膜由于外力而折叠的问题。

图7是电极组件200的前视图，所述电极组件200包括在全长度方向y上和电极层叠体210的侧表面上包住边角部的保护块220。

参照图7，保护块220可由方形板221和两个延伸部222构成，所述两个延伸部222通过在相同方向上垂直于方形板221延伸方形板221的两个纵向端部而获得。

例如，保护块220可具有类似的形状。

另外，两个延伸部222可具有类似方形的形状。

当电极层叠体210插置到保护块220中并且在插置过程期间保护块220的内部高度不够时，隔膜213可能被折叠，或者负极212或正极211可能被外力损坏。此外，如果保护块220的内部高度大于电极层叠体210的高度，则电极层叠体220可能在保护块220的内部移动，因此可能损坏。

然而，根据本发明的实施方式的电极组件100包括保护块120，所述保护块120由第一保护板121和从第一保护板的一个纵向侧边垂直延伸的第二保护板122构成，所述保护块120在a)电极层叠体110的全长度方向y上的边角部，b)除了电极接片111a和112a之外的全宽度方向x上的边角部，或者c)全长度方向y和除了电极接片111a和112a之外的全宽度方向x上的每个边角部，其中所述保护块120与相邻的保护块具有分离距离。因此，如上所述，可以解决图7所示的保护块220中出现的问题。

也就是说，根据本发明的实施方式的电极组件100不会导致隔膜113折叠现象，从而解决了诸如电池短路的问题。

尽管已经参考有限的示例和附图描述了本发明，但是本领域技术人员将理解，本发明不限于此，并且可以在本发明的技术思想和与下面所阐述的权利要求等同的范围内进行各种修改和变化。

[符号说明]

10、100、200：电极组件

20、110、210：电极层叠体

111、211：正极

21a、111a：正极接片

112、212：负极

22a、112a：负极接片

113、213：隔膜

120、220：保护块

121：第一保护板

122：第二保护板

30、130：固定带

221：方形板

222：延伸部

Claims (13)

1.一种电极组件，包括：

电极层叠体；

保护块，包住所述电极层叠体的边角部；和

固定带，沿全宽度方向或全长度方向缠绕所述电极层叠体的外表面和所述保护块的外表面，

其中所述保护块由第一保护板和从所述第一保护板的一个纵向侧边垂直延伸的第二保护板构成。

2.根据权利要求1所述的电极组件，

其中所述保护块：

a)在所述电极层叠体的全长度方向上包住所述边角部，

b)在除了电极接片之外的所述电极层叠体的全宽度方向上包住所述边角部，或者

c)在所述电极层叠体的全长度方向和除了所述电极接片之外的全宽度方向上包住所述边角部。

3.根据权利要求2所述的电极组件，

其中a)四个保护块在全长度方向上包住所述电极层叠体的所述边角部，所述保护块设置在所述电极层叠体的全长度方向上的每个边角部。

4.根据权利要求2所述的电极组件，

其中b)四个保护块在除了所述电极接片之外的所述电极层叠体的全宽度方向上包住所述边角部，所述保护块设置在所述电极层叠体的全宽度方向上的每个边角部。

5.根据权利要求2所述的电极组件，

其中c)四个保护块在所述电极层叠体的全长度方向上包住所述边角部，四个保护块在除了所述电极接片之外的全宽度方向上包住所述边角部，所述保护块设置在所述电极层叠体的全长度方向和全宽度方向上的每个边角部。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的电极组件，

其中每个所述保护块与相邻的保护块具有分离距离。

7.根据权利要求1所述的电极组件，

其中所述保护块由选自由聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、乙烯乙酸乙烯酯和丙烯酸酯化合物组成的组中选择的至少一种材料制成。

8.根据权利要求1所述的电极组件，

其中所述固定带设置在多个位置，并且定位成彼此间隔开。

9.根据权利要求1所述的电极组件，

其中所述固定带沿全宽度方向缠绕所述电极层叠体的外表面和所述保护块的外表面一圈或多圈。

10.根据权利要求1所述的电极组件，

其中多个固定带基于所述电极组件的全长度方向的中点上的全宽度线固定在对称位置。

11.根据权利要求1所述的电极组件，

其中所述固定带沿全长度方向缠绕所述电极层叠体的外表面和所述保护块的外表面一圈或多圈。

12.根据权利要求1所述的电极组件，

其中多个固定带基于所述电极组件的全宽度方向的中点上的全长度线固定在对称位置。

13.根据权利要求1所述的电极组件，

其中所述电极层叠体具有隔膜，所述隔膜插置在正极与负极之间，并且

所述电极层叠体的全长度方向的长度比与所述全长度方向正交的全宽度方向的长度长。