CN117063347A - 包括金属化膜的电极接头和连接电极接头的金属连接件的电极组件、以及包括电极组件的二次电池 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于二次电池的电极组件和包括该电极组件的二次电池，电极组件包括两个或更多个电极以及一个或更多个隔膜，其中，两个或更多个电极各自包括如下电极接头：由金属化膜构成，该金属化膜是在两侧上形成有金属层的聚合物基板；以防止电极接头在层叠方向上部分或完全交叠的方式布置；以及在形成有金属层的上部处通过第一金属连接件电连接，并且在形成有金属层的下部处通过第二金属连接件电连接。

Description

包括金属化膜的电极接头和连接电极接头的金属连接件的电 极组件、以及包括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2022年2月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0024689和于2023年1月26日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2023-0010153的权益，上述韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。

本公开涉及包括金属化膜的电极接头和连接它们的金属连接件的电极组件以及包括该电极组件的二次电池。

背景技术

随着移动设备的技术发展和对其需求的增加，对作为能源的二次电池的需求已经迅速增加。在这些二次电池当中，锂二次电池表现出高能量密度和工作电压、长循环寿命和低自放电率，其现在被商业化并被广泛使用。

此外，近年来，电子设备的设计本身在消费者的产品选择中扮演了非常重要的角色，并且电子设备已经根据消费者的品味而逐渐小型化和薄型化。因此，为了使电子设备的内部空间的不必要浪费最小化，还需要将锂二次电池小型化和薄型化，并且对它们的需求正在增加。

在这样的锂二次电池的部件当中，通常通过在正极(Al)和负极(Cu)薄膜集流器的一侧或两侧形成正极活性材料和负极活性材料，并且以正极、隔膜、负极和隔膜的顺序层叠它们来制造电极。

此时，近来，在增加层数以获得高能量密度的同时，集流器被构造得更薄，并且电极活性材料层被构造得更厚，从而增加了轧制强度(rolling strength)。

因此，单元的厚度增加，并且集流器的厚度逐渐减小，从而增加了集流器或从其突出的接头断裂的断开连接缺陷的发生。

具体地，在集流器和由铝箔制成的接头的情况下，伸长率较低，这在断开连接时更为致命。为了解决这个问题，使用其中金属沉积或附接到诸如聚丙烯或聚对苯二甲酸二醇酯之类的膜的金属化膜。在这种情况下，难以电连接多层金属化膜。

为了说明这一点，图1示出了常规电极组件10，并且图2示出了如何将电极组件10的金属化膜的接头11彼此电连接。

首先，参照图1，常规电极组件10包括正极、负极和隔膜，其中正极接头11从正极突出，并且负极接头12从负极突出。此时，相应的接头11和12在相同的位置突出。

此时，当从电极组件10的正面观察时，正极接头11形成为如图2所示的线。

此时，正极接头11具有其中聚合物位于中心并且金属沉积或附接到聚合物的两个表面的结构。因此，为了电连接所有的电极接头，如图2(a)所示，金属杆13a穿过正极接头11，或者如图2(b)所示，金属连接件13b以Z字形图案连接。

然而，在这种情况下，存在这样的问题，即，当金属杆13a被穿过时，或者当金属连接件13b以Z字形图案形成时，会出现缺陷，连接工艺在批量生产阶段中是复杂的，从而降低了生产速度。

因此，迫切需要开发一种更快且更容易的电连接金属化膜的电极接头的技术，该技术能够解决上述问题并且在批量生产期间提高生产速度。

发明内容

技术问题

本公开的目的是提供一种电极组件和包括该电极组件的二次电池，该电极组件具有如下结构：可以通过在批量生产中快速地执行接头的电连接同时消除接头的断开连接缺陷来提高生产速度。

技术方案

根据本公开的一个实施方式，

提供了一种用于二次电池的电极组件，该电极组件包括两个或更多个电极和一个或更多个隔膜，其中：

两个或更多个电极分别包括电极接头，

电极接头由金属化膜构成，其中，在聚合物基板的两个表面上形成金属层，

电极接头被布置为电极接头的一部分或全部

在层叠方向上不交叠，

电极接头在形成有金属层的上部处通过第一金属连接件电连接，并且在形成有金属层的下部处通过第二金属连接件电连接。

其中，第一金属连接件和第二金属连接件可以在第一金属连接件和第二金属连接件不与电极接头交叠的位置处进一步彼此电连接。

具体地，第一金属连接件和第二金属连接件可以在电极组件的宽度方向上的两端处彼此直接连接和电连接。

此外，第一金属连接件和第二金属连接件彼此连接的面积可以为电极接头的宽度的10％至50％。

第一金属连接件和第二金属连接件的厚度可以分别为10μm至500μm。

第一金属连接件和第二金属连接件之间的电连接可以通过焊接或粘合来执行。

此外，相应的电极接头可以被布置为在层叠方向上彼此不交叠。

另选地，相应的电极接头可以被布置为在层叠方向上与相邻的电极接头至少部分地交叠。

另选地，电极接头中的一部分电极接头可以在层叠方向上与相邻的电极接头至少部分地交叠，并且电极接头中的其余电极接头可以被布置为在层叠方向上不与任何电极接头交叠。也就是说，其可以具有以阶梯形式暴露的部分。

然而，在任一情况下，从由第一金属连接件和第二金属连接件组成的组中选择的一个或更多个金属连接件优选地被配置为使得电连接到每个电极接头的面积相对于每个电极接头的总面积为50％或更大。

此外，所有的电极接头在上部和下部可以被第一金属连接件和第二金属连接件完全覆盖。

构成电极接头的聚合物基板的厚度为3μm至20μm，并且金属层的厚度分别为0.2μm至3μm。

具体地，聚合物基板可以由选自由聚烯烃(PO)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和纤维素组成的组中的一种或更多种制成。

金属层可以由选自由Ni、Cu、Al和不锈钢组成的组中的一种或更多种材料制成。

此外，第一金属连接件和第二金属连接件可以各自由选自由Ni、Cu、Al和不锈钢组成的组中的一种或更多种材料制成。

此外，具体地，第一金属连接件和第二金属连接件以及电极接头的金属层可以由相同的材料制成。

此外，从由第一金属连接件和第二金属连接件组成的组中选择的除了电极接头之外的一个或更多个金属连接件可以连接到电极引线。

此外，根据本公开的一个实施方式，提供了一种包括上述电极组件的二次电池。

附图说明

图1是示意性地示出常规电极组件的透视图。

图2是示出常规电极组件的电极接头与金属连接件连接的形式的示意图。

图3是示意性地示出了根据本公开的一个实施方式的电极组件的透视图。

图4是示出图3的电极组件的电极接头与金属连接件连接的形式的示意图。

图5是示出根据本公开的一个实施方式的电极接头的结构的示意图。

图6是示出在本公开的另一实施方式中电极接头与金属连接件连接的形式的示意图。

图7是示出在本公开的又一实施方式中电极接头与金属连接件连接的形式的示意图。

具体实施方式

在本说明书和权利要求中使用的术语和词语不应当被解释为限于典型的含义或字典定义，而是应当基于发明人可以将术语和词语适当地定义为用于最适当地描述发明人所知的用于执行本发明的最佳方法的术语的规则，解释为具有与本公开的技术范围相关的含义和概念。因此，本文描述的实施方式和附图中所示的配置仅是本公开的最优选实施方式，并且不代表本公开的整个精神，因此应当理解，可以存在能够在提交本申请时替换实施方式和配置的各种等同物和修改，并且本公开的范围不限于以下描述的实施方式。

在下文中，将参照附图和实施方式详细描述本公开。在本说明书和权利要求中使用的术语或词语不应当被解释为限于典型的含义或字典定义，并且本公开应当基于发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳方式适当地描述他们自己的公开内容的原理而被解释为具有与本公开的技术思想一致的含义和概念。

此外，本文描述的实施方式和附图中所示的配置仅是本公开的最优选实施方式，并且不代表本公开的整个精神，因此应当理解，可以存在能够在提交本申请时替换实施方式和配置的各种等同物和修改。

此外，由于附图是在不区分正极和负极的情况下准备的，因此可以在其中使用相同的名称，并且即使使用了相同的名称，也能够通过附图标记来区分。

根据本公开的一个实施方式，

提供了一种用于二次电池的电极组件，该电极组件包括两个或更多个电极和一个或更多个隔膜，其中：

两个或更多个电极分别包括电极接头，

电极接头由金属化膜组成，其中，在聚合物基板的两个表面上形成金属层，

电极接头的一部分或整体被布置为在层叠方向上不交叠；以及

电极接头在形成有金属层的上部处通过第一金属连接件电连接，并且在形成有金属层的下部处通过第二金属连接件电连接。

将参照图3至图5具体描述本公开中的电极接头与金属连接件之间的连接结构。

具体地，图3是示意性地示出了根据本公开的一个实施方式的电极组件的透视图，图4示意性地示出了电极接头与金属连接件之间的连接结构作为示例，以及图5示意性地示出了电极接头的结构。

参照图3，根据本公开的一个实施方式的电极组件100包括两个或更多个电极以及一个或更多个隔膜，并且两个或更多个电极中的每一个分别包括电极接头101和102。

电极接头101是从第一电极延伸的电极接头，并且电极接头102是从第二电极延伸的电极接头。

此时，所有电极接头101和102具有这样的结构，其中每个接头被布置为在层叠方向上暴露，电极接头101通过由第一金属连接件111和第二金属连接件112构成的金属连接件110电连接，并且电极接头102通过由第一金属连接件121和第二金属连接件122构成的金属连接件120电连接。

这里，将参照图4以及图5更详细地讨论电极接头101和102与金属连接件110和120之间的连接结构，图5示出了电极接头101的结构。

图4示出了电极接头101与金属连接件110之间的连接结构作为代表性示例，并且图5示出了电极接头101的具体结构。

一起参照图3至图5，本公开的电极接头101由金属化膜构成，金属层101b和101c各自形成在聚合物基板101a的两个表面上，并且电极接头101在形成有金属层101b的上部处通过第一金属连接件111电连接，并且在形成有金属层101c的下部处通过第二金属连接件112电连接。

此外，第一金属连接件111和第二金属连接件112具有这样的结构，第一金属连接件111和第二金属连接件112在不与电极接头交叠的位置处彼此直接连接和电连接，更具体地，在电极组件的宽度方向上的两端处彼此直接连接和电连接，换句话说，在布置有电极接头的方向上的两端处彼此直接连接和电连接。

另外，第一金属连接件111和第二金属连接件112彼此连接的面积可以为电极接头101的宽度的10％至50％。

根据本公开的电极接头101具有其中金属层101b和101c各自形成在如上所述的聚合物基板101a的两个表面上的结构。因此，上金属层101b和下金属层101c不彼此电连通。因此，由于电极的电连接仅在它们彼此连接时实现，因此金属连接件111需要在上部处连接的第一金属连接件111和在下部处连接的第二金属连接件112两者，并且这些第一金属连接件111和第二金属连接件112必须具有它们彼此电连接的结构。

因此，第一金属连接件111和第二金属连接件112连接的面积可能影响电极接头的通电量和通电效果。因此，如果用在上述范围之外的过小的面积进行这些连接，则导电率可能劣化，并且如果用过大的面积进行连接，则体积将增加得超过所需，因此这不是优选的。

另外，第一金属连接件111和第二金属连接件112中的每一个的厚度可以为10μm至1500μm，具体为50μm至800μm，并且更具体为80μm至700μm。

如果厚度在上述范围之外太薄，则存在在金属连接件中发生断开连接的可能性，并且如果厚度太厚，则总体积可能增加，因此这不是优选的。

此外，金属连接件110和120可以各自由选自由以下项组成的组中的一种或更多种金属制成：Ni、Cu、Al、不锈钢、它们的合金和在这些金属上涂覆有碳或异种金属(dissimilar metal)的材料。具体地，它们可以由选自由Ni、Cu、Al和不锈钢组成的组中的一种或更多种材料制成，并且更具体地，它们可以考虑在连接到相应金属连接件110和120的电极接头101和102中包括的金属层来适当地选择。

在上文中，金属连接件110和120、相应的电极接头101和102以及第一金属连接件111、第二金属连接件112等的电连接不受限制，只要通过各种方法仅执行电连接即可。例如，电连接可以通过焊接或粘合来执行，并且具体地，电连接可以通过超声波焊接、激光焊接等来执行。

另外，形成电极接头101的聚合物基板101a的厚度可以为3μm至20μm，并且具体地，厚度为6μm至12μm。

如果在上述范围之外厚度太薄，则可能发生断裂或撕裂，并且如果厚度太厚，则导电率可能降低，因此这不是优选的。

这种聚合物基板不受限制，只要它对电解质具有耐化学性并且当在电池中使用时不会引起化学问题即可。例如，这种聚合物基板可以由选自由聚烯烃(PO)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和纤维素组成的组中的一种或更多种制成，并且具体地，其可以由聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成。

此外，金属层101b和101c可以各自具有0.2μm至3μm的厚度，并且具体地，可以各自具有0.5μm至2μm的厚度。

如果在上述范围之外厚度太薄，则导电率可能降低，并且如果厚度太厚，则电极接头的体积可能下降，因此这不是优选的。

金属层101b和101c可以各自由选自由以下项组成的组中的一种或更多种金属制成：Ni、Cu、Al、不锈钢、它们的合金和在这些金属上涂覆有碳或异种金属的材料。具体地，它们可以由选自由Ni、Cu、Al和不锈钢组成的组中的一种或更多种材料制成，并且更具体地，它们可以由与金属当中的金属连接件110相同的材料制成。

在上面的附图中，示出了电极接头101和电极接头102两者都由金属化膜构成并且通过金属连接件110和120电连接的结构，但是不意味着这些结构中的仅一个可以具有本文的结构。

另外，由于与由金属制成的接头相比，这种金属化膜的伸长率和弯曲率非常高，所以它没有通常可能发生的断开连接缺陷。

然而，由于其结构，因为聚合物基板插设在中心，因此存在这样的问题，即，不能像现有的接头一样通过将接头一次性焊接并熔融到引线来执行接头之间的电连接。

因此，如上所述，传统上，如图2所示，已经执行了接头之间的电连接，但是这具有在批量生产期间生产速度被降低的问题。

就这一点而言，本发明人已经研究了一种解决上述问题并且使得电极接头能够以与现有技术中类似的方式一次性实现电连接的方法，从而完成本发明。

出于此目的，电极接头可以被布置为它们都在层叠方向上暴露。

另外，相应的电极接头可以交叠也可以不交叠，但不限于此。

将参照图4、图6和图7描述这些电极接头的布置结构。

图4与上述相同，并且图6和图7是各自示出根据本公开的又一实施方式的电极接头通过金属连接件连接的形式的示意图。

作为示例，再次参照图4，相应的电极接头101可以具有相同的尺寸并且可以被布置为在层叠方向上彼此不交叠。因此，当从正面观察时，电极接头101平行排列成一条线，并且金属连接件110可以在上部和下部对电极接头进行电连接。

另选地，作为另一示例，参照图6和图7，相应的电极接头201和301可以被布置为在层叠方向上与彼此相邻的电极接头至少部分地交叠，并且它们可以通过金属连接件210和310电连接，具体地，通过在上部的第一金属连接件211和311、在下部的第二金属连接件212和312以及在下部的第二金属连接部212和312电连接。此外，第一金属连接件211和311以及第二金属连接件212和312可以彼此焊接或粘合，以实现与电极接头的电连接。

另外，关于交叠形式，电极接头201和301可以各自具有在层叠方向上暴露的表面，并且可以具有以阶梯形式暴露的部分，因此被布置为其至少一部分交叠。

然而，如果相邻电极接头的部分交叠，则该形状不限于图6和7所示的形状，并且可以以各种方式修改。

此外，虽然图中未示出，但是电极接头中的一部分电极接头可以被布置为电极接头在层叠方向上与相邻的电极接头至少部分地交叠，并且其余电极接头在层叠方向上不与任何电极接头交叠。

然而，无论何时，电连接到选自由第一金属连接件和第二金属连接件112组成的组中的一个或更多个金属连接件的电极接头中的每一个的区域被配置为使得电连接到每个电极接头的面积相对于每个电极接头的总面积更优选地为50％或更大。换句话说，优选地，电极接头与从由第一金属连接件和第二金属连接件112组成的组中选择的一个或更多个金属连接件之间的直接接触面积是50％或更大。

具体地，再次参照图4，所有的电极接头101均以100％面积电连接到第一金属连接件111和第二金属连接件112。另外，参照图5，位于电极接头201的上部的电极接头通过100％面积电连接到第一金属连接件211。位于第二位置至第四位置处的电极接头具有以50％或更大的面积与第一金属连接件211和第二金属连接件212两者连接的结构。

此外，参照图6，在任一情况下，如图4至图6所示，所有的电极接头优选地由第一金属连接件和第二金属连接件从上部和下部完全覆盖。

由此，电极接头不暴露于外部并且完全被金属连接件覆盖，从而增强导电性。

在上述配置当中，考虑到电极接头的制造可加工性、经济效率、焊接期间的电阻等，最优选地是以图4的形式制造电极接头，使得其以相同的尺寸形成，在电极接头的任何形成位置处的总厚度是相同的，并且其可以使用最小的量来发挥本公开想要的效果。

此外，根据本公开，通过简单地将电极引线连接到从由第一金属连接件和第二金属连接件组成的组中选择的一个或更多个，可以实现整个电极与外部元件的电连接。

另外，根据本公开的又一实施方式，提供了一种包括上述电极组件的二次电池。

具体地，该二次电池可以是具有其中电极组件与电解质一起被内置到二次电池壳体中的结构的二次电池。

二次电池具体可以为锂二次电池。

锂二次电池的其他组件在本领域是公知的，因此在文本中省略其描述。

尽管已经出于说明性目的公开了本公开的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加和替换是可行的。

工业适用性

根据本发明的电极组件能够使用具有形成在聚合物基板的两个表面上的金属层的金属化膜作为电极接头来消除接头断开连接问题，并且还平行地布置电极接头，使得每个电极接头在层叠方向上暴露，由此电极接头可以通过更简单的方法与金属连接件电连接，从而极大地提高了批量生产中的生产速度。

Claims (18)

1.一种用于二次电池的电极组件，所述电极组件包括两个或更多个电极和一个或更多个隔膜，其中：

所述两个或更多个电极分别包括电极接头，

所述电极接头由金属化膜构成，其中，在聚合物基板的两个表面上形成金属层，

所述电极接头被布置为所述电极接头的一部分或全部在层叠方向上不交叠，并且

所述电极接头在形成有所述金属层的上部处通过第一金属连接件电连接，并且在形成有所述金属层的下部处通过第二金属连接件电连接。

2.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

所述第一金属连接件和所述第二金属连接件在所述第一金属连接件和所述第二金属连接件不与所述电极接头交叠的位置处进一步彼此电连接。

3.根据权利要求2所述的电极组件，其中：

所述第一金属连接件和所述第二金属连接件在所述电极组件的宽度方向上的两端处彼此直接连接和电连接。

4.根据权利要求2所述的电极组件，其中：

所述第一金属连接件和所述第二金属连接件彼此连接的面积为所述电极接头的宽度的10％至50％。

5.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

所述第一金属连接件和所述第二金属连接件各自的厚度为10μm至500μm。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的电极组件，其中：

所述第一金属连接件和所述第二金属连接件之间的电连接通过焊接或粘合来执行。

7.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

相应的电极接头被布置为在所述层叠方向上彼此不交叠。

8.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

相应的电极接头被布置为在所述层叠方向上与相邻的电极接头至少部分地交叠。

9.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

所述电极接头中的一部分电极接头在所述层叠方向上与相邻的电极接头至少部分地交叠，并且所述电极接头中的其余电极接头被布置为在所述层叠方向上不与任何电极接头交叠。

10.根据权利要求7至9中的任一项所述的电极组件，其中：

选自由所述第一金属连接件和所述第二金属连接件组成的组中的一个或更多个金属连接件被配置为使得电连接到每个电极接头的面积相对于每个电极接头的总面积为50％或更大。

11.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

所有的所述电极接头在上部和下部被所述第一金属连接器和所述第二金属连接器完全覆盖。

12.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

所述聚合物基板的厚度为3μm至20μm，并且所述金属层各自的厚度为0.2μm至3μm。

13.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

构成所述电极接头的所述聚合物基板由选自由聚烯烃(PO)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和纤维素组成的组中的一种或更多种制成。

14.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

构成所述电极接头的所述金属层由选自由Ni、Cu、Al和不锈钢组成的组中的一种或更多种材料制成。

15.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

所述第一金属连接件和所述第二金属连接件各自由选自由Ni、Cu、Al和不锈钢组成的组中的一种或更多种材料制成。

16.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

所述第一金属连接件和所述第二金属连接件以及所述电极接头的所述金属层由相同的材料制成。

17.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

选自由所述第一金属连接件和所述第二金属连接件组成的组中的一个或更多个金属连接件连接到电极引线。

18.一种二次电池，所述二次电池包括根据权利要求1所述的电极组件。