CN116888787A - 卷绕型电极组件以及包括该卷绕型电极组件的二次电池 - Google Patents

Abstract

根据本公开的一个实施方式，提供了一种卷绕型电极组件，该卷绕型电极组件通过将正极片、负极片以及置于正极片与负极片之间的分隔件卷绕在一起而获得，卷绕型电极组件的最外侧卷绕有位于负极片上的未形成有活性材料层的非涂覆部分，其中，在负极片的非涂覆部分中，朝向卷绕型电极组件的中心部分的内表面附接有溶胀带，并且其中，溶胀带包括一个或更多个穿孔。

Description

卷绕型电极组件以及包括该卷绕型电极组件的二次电池

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年11月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0163386以及于2022年11月23日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0158762的权益，这两个韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

本公开涉及卷绕型电极组件和包括该卷绕型电极组件的二次电池。

背景技术

随着技术的发展和对移动装置的需求的增加，对作为能量源的二次电池的需求迅速增加。特别地，二次电池作为用于诸如电动自行车、电动车辆和混合动力电动车辆之类的动力驱动装置的能量源以及作为用于诸如移动电话、数码相机、膝上型计算机和可穿戴装置之类的移动装置的能源源，已经引起了相当大的关注。

基于电池盒的形状，二次电池被分为其中电极组件安装在圆柱形金属罐中的圆柱形电池、其中电极组件安装在棱柱形金属罐中的棱柱形电池、以及其中电极组件安装在由铝层压片制成的袋型盒中的袋型电池。在这些电池中，圆柱形电池的优点在于，其具有相对大的容量并且结构稳定。

安装在电池盒中的电极组件是能够充电和放电的发电装置，其具有正极-分隔件-负极的层压结构，并且该电极组件分为卷绕型、堆叠型和堆叠/折叠型。卷绕型是其中各自由涂覆有活性材料的长片制成的正极和负极与置于它们之间的分隔件卷绕在一起的形状，堆叠型是其中各自具有预定尺寸的多个正极和多个负极以分隔件置于它们之间的状态按顺序堆叠的形状，并且堆叠/折叠型是卷绕型和堆叠型的组合。在这些类型中，卷绕型电极组件具有制造容易并且每单位重量能量密度高的优点。

因此，近年来，随着对实现高容量和高输出的电池的需求的增加，在圆柱形电池的情况下，正在通过改变集流器或分隔件的厚度以及罐、顶盖等的尺寸或形状来进行优化，以便在有限的空间中放置大量的电极。

作为其方法中的一种方法，已经提出了一种利用铜作为外接片作为负极集流器的方法。即，位于外侧的接片和分隔件被移除，并且铜集流器物理地抵接在圆柱体上，使得电流流出。

通过这种方法，可以减少分隔件的输入量和接片的输入量，并且可以略微减小外径，以实现确保空间并降低成本的效果，并且可以利用所确保的空间来增加容量或提高输出。另外，由于铜集流器直接抵接在罐上，因此增大了传热面积，并且因此可以提高发热水平。

然而，当铜实际暴露在外壳部分上时，根据卷绕的圈数，具有较大外径的一个或两个点会抵接在罐上，这与先前的预期相比效果会降低。

为了改善这一点，通过使用溶胀带来提高接触水平，溶胀带具有在与电解质反应时发生溶胀的特性，但是当在制造过程中进行附接时，会产生气阱，这会导致外径增加并且因此生产率降低的问题。

因此，需要开发可以解决这些问题的卷绕型电极组件和二次电池技术。

发明内容

技术问题

本公开的目的是提供一种卷绕型电极组件，该卷绕型电极组件可以消除由于溶胀带的附接所引起的气阱而导致的外径增加，因此使生产率提高。

本公开的目的不限于上述目的，并且本领域技术人员根据以下详细描述和附图应当清楚地理解本文中未提及的其他目的。

技术解决方案

根据本公开的一个实施方式，提供了一种卷绕型电极组件，在该卷绕型电极组件中，正极片、负极片以及置于正极片与负极片之间的分隔件被卷绕在一起，

其中，卷绕型电极组件的最外侧卷绕有位于负极片上的非涂覆部分，在该非涂覆部分上，未形成有活性材料层，

其中，在负极片的非涂覆部分中，朝向卷绕型电极组件的中心部分的内表面附接有溶胀带，并且

其中，溶胀带包括一个或更多个穿孔。

溶胀带可以附接至负极片的非涂覆部分的内表面的一部分，并且可以在负极片的非涂覆部分与涂覆部分之间的边界表面处沿负极片的涂覆部分的方向附接至负极片的涂覆部分的一部分。

此处，溶胀带可以在负极片的涂覆部分的总面积的0.25％至10％的范围内覆盖负极片的涂覆部分。

替代性地，溶胀带可以仅形成在负极片的非涂覆部分的内表面的一部分上。

此外，溶胀带可以形成为覆盖负极电极片的非涂覆部分的内表面的总面积的10％至90％。

此外，最外侧负极片的其上形成有溶胀带的非涂覆部分可以面向负极片的位于内侧的涂覆部分。

这种溶胀带可以为单面带或双面带，其中，单面带或双面带不受限制，只要它是在溶胀时具有耐化学性和耐电压性的材料即可，并且可以由选自包括聚氨酯(PU)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)的组中的至少一者制成。

替代性地，溶胀带可以具体地具有其中在织物衬底的一个表面或两个表面上形成有粘合剂层的结构。织物衬底可以形成在聚烯烃衬底、例如聚乙烯(PE)衬底或聚丙烯(PP)衬底的一个或两个表面上。粘合剂层可以包含选自包括聚丙烯酸酯(PA)、橡胶和苯乙烯的组中的至少一种材料。

同时，形成在溶胀带中的穿孔的直径可以为0.1mm至3mm，并且溶胀带可以包括两个或更多个穿孔，并且各个穿孔之间的距离为1mm至10mm。

穿孔可以形成为具有基于溶胀带的总面积的10％至60％的面积。

这些穿孔在溶胀带中的位置可以沿与卷绕型电极组件的卷绕方向垂直的方向呈直线排列形成在卷绕内侧，或者它们可以沿与卷绕型电极组件的卷绕方向水平的方向呈直线排列形成在两个端部处，或者可以形成在溶胀带的中央部分中。

同时，根据本公开的另一实施方式，提供了一种包括该卷绕型电极组件的二次电池。。

附图说明

图1是根据本公开的一个实施方式的卷绕型电极组件的立体图；

图2是根据本公开的一个实施方式的卷绕型电极组件的负极片的俯视图；

图3是根据本公开的一个实施方式的卷绕型电极组件在卷绕之前的横截面图；

图4是根据本公开的另一实施方式的卷绕型电极组件在卷绕之前的横截面图；

图5是沿着图1的A-A’截取的横截面图；以及

图6是根据本公开的一个实施方式的溶胀带的俯视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的各种实施方式，使得本领域技术人员可以容易地实现各种实施方式。本公开可以以各种不同的方式进行修改，并且不限于本文中所阐述的实施方式。

与描述无关的部分将被省略以清楚地描述本公开，并且在整个描述中相同的附图标记表示相同的元件。

此外，在附图中，为了便于描述，任意地图示了每个元件的尺寸和厚度，并且本公开不必限制于附图中图示的那些尺寸和厚度。在附图中，为了清楚起见，夸大了层的厚度、区域等。在附图中，为了便于描述，夸大了部分的厚度和面积。

此外，在整个描述中，当一部分被称为“包括”或“包括有”某个部件时，这意味着该部分还可以包括其他部件，而不排除其他部件，除非另有说明。

此外，在整个描述中，当称为“平面”时，是指从上侧观察目标部分，并且当称为“横截面”时，是指从竖向切割的横截面的侧面观察目标部分。

图1是根据本公开的一个实施方式的卷绕型电极组件的立体图。

参照图1，根据本公开的一个实施方式的卷绕型电极组件100可以具有其中正极片、负极片以及置于正极片与负极片之间的分隔件被卷绕在一起的形状。

此时，正极片上可以形成有正极接片113，该正极接片113随后可以电连接至圆柱形电池的盖组件等以形成正极端子。

同时，卷绕型电极组件100的最外侧卷绕有位于负极片上的未形成有活性材料层的非涂覆部分121，并且该非涂覆部分121随后与二次电池的罐的内壁表面接触。因此，负极片的非涂覆部分121用作端子，并且可以电连接和直接连接至作为圆柱形二次电池盒的罐，并且因此可以不需要单独的负极接片。

另外，由于卷绕型电极组件100在其最外侧上可以不形成有分隔件，因此可以实现减小外径的效果，由此确保电池的内部空间、增加容量、提高能量密度并改善电池性能和效果。

然而，如上所述，当负极片的非涂覆部分121实际暴露于外壳部分时，存在如下问题，即，根据卷绕的圈数，具有较大外径的一个或两个点会抵接在罐上，这与先前的预期相比效果会降低。因此，在本公开中，为了改善该问题，应用了具有在与电解质反应时发生溶胀的特性的溶胀带。

此时，溶胀带具有附接至朝向卷绕型电极组件100的中心部分的内表面、而不是附接至卷绕型电极组件100的负极片的非涂覆部分121的外壳的结构，使得最外侧的负极片的非涂覆部分121随后可以作为整体与圆柱形二次电池盒接触，而不会影响容量。

因此，这种溶胀带在图1中未示出。

同时，为了对根据本公开的溶胀带进行具体描述，图2图示了图1的卷绕型电极组件100中的负极片120在卷绕之前的俯视图，图3图示了图1的卷绕型电极组件100在卷绕之前的横截面图，图4图示了根据另一实施方式的卷绕型电极组件100在卷绕之前的横截面图，并且图5图示了沿着图1的卷绕型电极组件100的A-A’截取的横截面图。

首先，参照图2和图3，正极片110包括其上形成有正极活性材料层的涂覆部分以及其上未形成有正极活性材料层的非涂覆部分，并且具有其中非涂覆部分设置在涂覆部分之间且正极接片113附接至非涂覆部分的结构。

此外，分隔件130置于正极片110与负极片120之间。

正极片120包括其中在负极集流器124上形成有活性材料层123的涂覆部分122以及其上未形成有活性材料层123的非涂覆部分121，其中，非涂覆部分121位于一侧并围绕最外侧卷绕，由此用作负极端子。

同时，溶胀带125附接至非涂覆部分121的卷绕内表面。

此处，溶胀带125可以形成为覆盖负极片120的非涂覆部分121的内表面的总面积A的10％至90％的面积A’。

此外，溶胀带125可以仅形成在非涂覆部分121的内表面的一部分上，以便不与负极片120的涂覆部分123重叠。

替代性地，参照图4，溶胀带125’可以附接至负极片120’的非涂覆部分121’的内表面的一部分，并且可以在负极片的非涂覆部分121’与涂覆部分122’之间的边界表面处沿负极片120’的涂覆部分122’的方向附接至负极片120的涂覆部分122’的一部分。此时，溶胀带可以形成在不与对向的正极片110的活性材料层重叠的长度l范围内。例如，溶胀带可以在负极片的涂覆部分的总面积的0.25％至10％、具体地0.5％至5％的范围内覆盖负极片的涂覆部分。

然而，在任一情况下，最外侧的负极片120的其上形成有溶胀带125的非涂覆部分121面向负极片120的位于内侧的活性材料层123、即涂覆部分122。

因此，由于溶胀带125形成在其中活性材料层123不面向正极的部分上、即形成在对容量不产生贡献的部分上，因此不会出现容量的问题。同时，由于溶胀带125形成在负极片120的位于卷绕型电极组件100的最外侧处的集流器124的内侧，因此集流器124可以作为整体与圆柱形电池盒的罐接触，并且因此，可以在不降低导电性和发热水平的改善效果的情况下实现本公开所预期的效果。

同时，溶胀带125具有在其吸收电解质时使其体积膨胀的特性，并且可以为单面带或双面带。

此时，单面带或双面带不受限制，只要它是在溶胀时具有耐化学性和耐电压性的材料即可。例如，单面带或双面带可以由选自包括聚氨酯(PU)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)的组中的至少一者制成。

替代性地，溶胀带125可以具有其中在织物衬底的一侧或两侧上形成有粘合剂层的结构。

此处，织物衬底可以为基于聚烯烃的衬底、例如基于聚乙烯(PE)的衬底或基于聚丙烯(PP)的衬底，并且粘合剂层可以包含选自包括聚丙烯酸酯(PA)、橡胶和苯乙烯的组中的一种或更多种材料。

同时，这种溶胀带125包括一个或更多个穿孔126。

穿孔126是沿厚度方向穿透溶胀带125的孔。

因此，可以消除在将溶胀带125附接至非涂覆部分121时可能产生的气阱，以防止将由此产生的卷绕型电极组件100的外径的增大，从而提高生产率。

穿孔126的形状、形成位置、尺寸等没有特别限制，只要它们以能够消除在溶胀带125的附接期间产生的气阱的形状、形成位置和尺寸形成即可。

然而，为了更有效地消除气阱，形成位置、尺寸等会受到影响。

具体地，为了具体地描述形成在溶胀带125中的穿孔126，图6示出了溶胀带125的示例。

参照图6，在溶胀带125中可以形成有多个穿孔126。具体地，溶胀带125可以具有两个或更多个穿孔126，并且可以考虑气阱的程度以及由于溶胀带125而导致的与电池盒的接触面积的增加来适当地选择。

此时，穿孔126的直径R可以为0.1mm至3mm、具体地为1mm至3mm。

如果该直径太小而在上述范围之外，则不容易消除气阱，并且如果直径太大，则不能充分实现由于应用溶胀带而产生的效果，这不是优选的。

另外，穿孔126之间的距离D可以为1mm至10mm、具体地为3mm至10mm。

如果该距离太小而在上述范围之外，则相邻的穿孔126被撕裂，穿孔126的尺寸可能增大，并且不能充分实现由于应用溶胀带125而产生的效果，并且如果该距离太大，则不容易排出捕获在其间的空气，这不是优选的。

另外，由穿孔126占据的面积可以为溶胀带125的总面积的10％至60％。如果该面积太小而在上述范围之外，则不容易排出捕获的空气，并且如果该面积太大，则不能实现由于应用溶胀带125而产生的效果，这是不优选的。

同时，根据附接的方法，这些穿孔126可以在附接溶胀带125之前、与附接溶胀带125同时、或在附接溶胀带125之后形成，并且可以形成在其中容易形成有气阱的部分中，或者形成在不与这种附接所使用的装置重叠的部分中。

具体地，穿孔126可以在附接之前首先形成在溶胀带125上的状态下附接至负极片的非涂覆部分，或者穿孔126可以与附接至负极片同时地形成在其中捕获有空气的部分附近，或者穿孔126可以在附接溶胀带125之后单独地形成在其中捕获有空气的部分附近。

同时，考虑到对溶胀带125进行附接的方法，穿孔126可以在两个端部处沿与卷绕型电极组件的卷绕方向水平的方向呈直线排列形成(参见图6(a))，可以在卷绕内侧沿与卷绕型电极组件的卷绕方向垂直的方向呈直线排列形成(图6(b))，以及可以形成在溶胀带125的中央部分中(图6(c))中。

然而，它不限于这样的结构，并且可以形成在各种位置处。

此外，尽管穿孔126在图中被示出为圆形形状，但是形状不受限制，并且可以形成为多边形形状。

在溶胀带125以这种方式包括穿孔126的情况下，当在附接溶胀带125时溶胀带125没有被正确地附接的状态下因辊的压缩而发生变形时，可以有效地排出捕获的空气，并且因此可以防止卷绕型电极组件的外径增大，并且可以实现提高生产率的效果。

构成其它卷绕型电极组件的正极片、负极片和分隔件的组成、结构等在本领域中是已知的，并且因此，在本文中省略了详细描述。

同时，本公开提供了一种包括该卷绕型电极组件的二次电池。

此时，二次电池可以是其中卷绕型电极组件安装在罐中的圆柱形二次电池或棱柱形二次电池。

这种二次电池在本领域中也是已知的，并且因此，在本文中省略了其详细描述。

尽管上面已经参照附图详细描述了本公开的优选实施方式，但本公开的范围不限于此，并且本领域技术人员使用在所附权利要求中定义的本公开的基本构思可以做出的各种修改和改进，这些修改和改进也落入本公开的范围内。

附图标记的描述

100：卷绕型电极组件

110：正极片

120：负极片

130：分隔件

113：负极接片

121：负极片的非涂覆部分

122：负极片的涂覆部分

125：溶胀带

126：穿孔

工业实用性

根据实施方式，本公开的卷绕型电极组件包括位于最外侧负极片的电池非涂覆部分的内表面上的溶胀带，并且包括穿孔，溶胀带可以通过该穿孔排出捕获的空气，由此可以防止由气阱引起的卷绕型电极组件的外径的增大，并且可以提高生产率。

Claims (17)

1.一种卷绕型电极组件，在所述卷绕型电极组件中，正极片、负极片以及置于所述正极片与所述负极片之间的分隔件被卷绕在一起，

其中，所述卷绕型电极组件的最外侧卷绕有位于所述负极片上的非涂覆部分，在所述非涂覆部分上，未形成有活性材料层，

其中，在所述负极片的所述非涂覆部分中，朝向所述卷绕型电极组件的中心部分的内表面附接有溶胀带，并且

其中，所述溶胀带包括一个或更多个穿孔。

2.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述溶胀带附接至所述负极片的所述非涂覆部分的所述内表面的一部分，并且在所述负极片的所述非涂覆部分与涂覆部分之间的边界表面处沿所述负极片的所述涂覆部分的方向附接至所述负极片的所述涂覆部分的一部分。

3.根据权利要求2所述的卷绕型电极组件，其中：

所述溶胀带在所述负极片的所述涂覆部分的总面积的0.25％至10％的范围内覆盖所述负极片的所述涂覆部分。

4.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述溶胀带仅形成在所述负极片的所述非涂覆部分的所述内表面的一部分上。

5.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述溶胀带形成为覆盖所述负极电极片的所述非涂覆部分的所述内表面的总面积的10％至90％。

6.根据权利要求1至5中的任一项所述的卷绕型电极组件，其中：

最外侧负极片的其上形成有所述溶胀带的所述非涂覆部分面向所述负极片的位于内侧的所述涂覆部分。

7.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述溶胀带为单面带或双面带。

8.根据权利要求7所述的卷绕型电极组件，其中：

所述单面带或双面带由选自包括聚氨酯(PU)、聚乙烯(PE)、聚碳酸酯(PC)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)的组中的至少一者制成。

9.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述溶胀带具有其中在织物衬底的一个表面或两个表面上形成有粘合剂层的结构。

10.根据权利要求9所述的卷绕型电极组件，其中：

所述粘合剂层包含选自包括聚丙烯酸酯(PA)、橡胶和苯乙烯的组中的至少一种材料。

11.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述穿孔的直径为0.1mm至3mm。

12.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述溶胀带包括两个或更多个穿孔，并且各个穿孔之间的距离为1mm至10mm。

13.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述穿孔形成为具有基于所述溶胀带的总面积的10％至60％的面积。

14.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述穿孔在所述溶胀带中沿与所述卷绕型电极组件的卷绕方向垂直的方向呈直线排列形成在卷绕内侧。

15.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述穿孔沿与所述卷绕型电极组件的卷绕方向水平的方向呈直线排列形成在两个端部处。

16.根据权利要求1所述的卷绕型电极组件，其中：

所述穿孔形成在所述溶胀带的中央部分中。

17.一种二次电池，所述二次电池包括根据权利要求1所述的卷绕型电极组件。