CN205028967U - 堆叠-折叠型电极组件和二次电池组 - Google Patents

堆叠-折叠型电极组件和二次电池组 Download PDF

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Abstract

提供了堆叠-折叠型电极组件和二次电池组。根据本公开的堆叠-折叠型电极组件是包含多个堆叠型单体电池的电极组件，在连续折叠分隔片介入在堆叠的单体电池中的每一者之间的情况下，单体电池相互堆叠，单体电池具有至少两个四电池与一个C型双电池的组合，四电池为正电极/分隔物/负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构，C型双电池为负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构，且在四电池设置在中央部分的情况下，设置在中央部分或缠绕开始点上方和下方的单体电池具有相互不对称的结构，或在C型双电池设置在中央部分的情况下，设置在中央部分或缠绕开始点上方和下方的单体电池具有相互对称的结构。

Description

堆叠-折叠型电极组件和二次电池组
技术领域
本公开涉及堆叠-折叠型电极组件和二次电池组，且更具体来说，涉及具有减少的折叠数量的堆叠-折叠型电极组件及二次电池。
本申请要求2014年8月13日在韩国提交的第10-2014-0105263号韩国专利申请和2014年8月13日在韩国提交的第10-2014-0105264号韩国专利申请的优先权，所述韩国专利申请的公开内容以引用方式并入本文中。
背景技术
随着技术发展且对移动装置的需求增加，对二次电池组的需求也急剧增加，且具体来说，具有高能量密度和高操作电压以及良好的存储特性和寿命特性的锂二次电池组广泛用作各种类型的移动装置和各种电子产品的能量源。
二次电池组根据外部和内部结构特征而大致上分类为圆柱形电池组、棱柱形电池组和袋型电池组，且在这些电池组中，棱柱形电池组和袋型电池组由于可以高集成度堆叠且相对于长度具有较小宽度而尤其具有吸引力。
构成二次电池组的正电极/分隔物/负电极结构的电极组件根据其结构大致上分为凝胶卷型(缠绕型)和堆叠型。凝胶卷型电极组件通过以下方式而制成：将电极活性材料涂布在用作集流器的金属箔上；干燥并压制；裁剪成所要宽度和长度的条带的形状；将分隔物介入在负电极与正电极之间；以及卷绕成螺旋图案。凝胶卷型电极组件适用于圆柱形电池组，但在应用到棱柱形电池组或袋型电池组中时，存在缺陷，例如，电极活性材料的脱离问题和低空间利用率。另一方面，堆叠型电极组件具有如下结构，其中多个正电极和负电极单体电池顺序地堆叠，且堆叠型电极组件具有容易获得棱柱形状的优点，但缺点在于复杂的制造过程且当施加冲击时具有因电极的未对准所致的短路的风险。
为了解决问题，已尝试开发凝胶卷型和堆叠型的组合类型的电极组件，该电极组件被称为堆叠-折叠型电极组件，其具有如下结构，其中使用长且连续的折叠分隔片来折叠正电极/分隔物/负电极结构的全电池或正电极(负电极)/分隔物/负电极(正电极)/分隔物/正电极(负电极)结构的双电池(bicell)。
图1和图2是图示堆叠-折叠型电极组件的示例性结构和制造过程的图。
参看附图，作为单体电池，负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构的C型双电池10、13和14以及正电极/分隔物/负电极/分隔物/正电极结构的A型双电池11和12顺序地交替堆叠，且折叠分隔片20介入在每一所堆叠的双电池之间。折叠分隔片20具有足以围绕双电池的单位长度，且呈如下结构介入在每一所堆叠的双电池之间，其中折叠分隔片20从中央双电池10开始向内折叠每一单位长度以连续地围绕每一个双电池直到最外部双电池14。折叠分隔片20通过在其末端处热焊接或附接(例如)胶带25而终止。
通过例如以下方式而制成堆叠-折叠型电极组件：将双电池10、11、12、13和14布置在长折叠分隔片20上且从折叠分隔片20的一个末端21开始顺序地缠绕。
在该情形下，参见单体电池(双电池10、11、12、13和14)的布置组合，第一双电池10和第二双电池11以与至少一个双电池对应的宽度间隔隔开，且在缠绕过程中，第一双电池10的外表面完全覆盖有折叠分隔片20，且第一双电池10的底部电极(负电极，-)接触第二双电池11的顶部电极(正电极，+)。由于在通过缠绕顺序堆叠过程期间折叠分隔片20的涂层长度增大，第二双电池11之后的双电池12、13和14在缠绕方向上彼此之间以顺序增大的间隔布置。且，因为双电池10、11、12、13和14应堆叠成使得正电极和负电极在缠绕期间在界面处面对彼此，所以第一双电池10是将顶部电极作为负电极的双电池，第二双电池11和第三双电池12是将顶部电极作为正电极的双电池，且第四双电池13和第五双电池14是将顶部电极作为负电极的双电池。即，通过两个单体交替布置而安装双电池。
堆叠-折叠型电极组件弥补凝胶卷型电极组件和堆叠型电极组件的缺陷，但当双电池堆叠的数量增加以实现高能量密度时，折叠的数量增加，从而导致电极组件电池尺寸改变/缺陷比增大和处理时间增加的问题。如图2所示，放置在折叠分隔片上的电极的类型周期性地改变，因此由于电池类型更替(A型双电池、C型双电池)而发生时间损失，且电池组制造效率降低。
表1示出随着堆叠的数量增加在堆叠-折叠型电极组件(例如，如图1所示的堆叠-折叠型电极组件)中的电极的数量。
[表1]
堆叠的数量 1 3 5 7 9 11 13 …
电极的数量 3 9 15 21 27 33 39 …
按照惯例，如上所述，电池设计涉及随着堆叠的数量增加而将电极的数量增加6个，因此，对于电池性能(例如，厚度、容量或电阻)来说改变堆叠的数量存在限制，从而导致低设计自由度。因此，需要具有减少的折叠数量、高电池组制造效率和高设计自由度的堆叠-折叠型电极组件及其制造方法。
实用新型内容
技术问题
本公开提供具有减少的折叠数量、高电池组制造效率和高设计自由度的堆叠-折叠型电极组件及其制造方法。
技术解决方案
为了实现上述目标，根据本公开提供了一种堆叠-折叠型电极组件，包括多个堆叠型单体电池，所述堆叠型单体电池在连续的折叠分隔片介于堆叠的单体电池中的每一个之间的情况下相互堆叠，
其特征在于，所述单体电池包括至少两个四电池(quadcell)与一个C型双电池的组合，所述四电池为正电极/分隔物/负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构，所述C型双电池为负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构，且
在所述四电池布置在中央部分处的情况下，布置在中央部分的上方和下方或缠绕开始点的上方和下方的单体电池具有相互不对称的结构，或在所述C型双电池布置在中央部分处的情况下，布置在中央部分的下方和上方或缠绕开始点的上方和下方的单体电池具有相互对称的结构。
根据一个实施例中，存在一种电极组件，其中在四电池设置在中央部分处的情况下，设置在中央部分或缠绕开始点上方和下方的单体电池具有相互不对称的结构。分别设置在中央C型双电池上方和下方的四电池可具有相互对称的电极方向。
优选地，负电极可设置在电极组件的最外部处。
折叠分隔片可具有足以围绕单体电池的单位长度，且可从中央单体电池开始向内折叠每一单位长度以连续地围绕单体电池直到最外部单体电池。
折叠分隔片可为在两个表面上具有不同性质的不对称分隔物。
在优选实施例中，折叠分隔片可包含：分隔织物；形成在分隔织物的一个表面上的涂层，该涂层含有用于负电极的无机材料和粘合剂；以及形成在分隔织物的另一表面上的涂层，该涂层含有用于正电极的无机材料和粘合剂，且C型双电池和四电池的负电极可设置在含有用于负电极的无机材料和粘合剂的涂层上，且C型双电池和四电池的正电极可设置在含有用于正电极的无机材料和粘合剂的涂层上。
在另一优选实施例中，折叠分隔片可具有第一分隔物和第二分隔物的堆叠结构，且C型双电池和四电池的负电极可设置在第一分隔物和第二分隔物中的任一个上，且C型双电池和四电池的正电极可设置在另一个上。
本公开还提供一种包含上述堆叠-折叠型电极组件的二次电池组。
有利效果
根据本公开，四电池具有的电极数量大于双电池，与具有相同数量的电极的普通组件相比，使用四电池可使得单体组件的数量减少，且因此，折叠的数量减少。因此，折叠尺寸容差和缺陷比可减小，且层叠和折叠处理时间可减少。
此外，可通过不对称折叠双电池-四电池组合而增大电极堆叠的数量的自由度。因此，电池设计可自由地改变。
此外，与制备两种类型的双电池(A型双电池和C型双电池)且以交替方式缠绕每一双电池的传统制造方法相反，可减少因电池类型更替(A型双电池、C型双电池)所致的时间损失，且电池组制造效率可最大化。在不通过交替布置方法来布置单体电池的电极的情况下，可通过在折叠分隔片上布置所有单体电池的负电极且将其缠绕而实现制造，进而简化制造过程且显著提高制造效率，所有单体电池包含一个C型双电池和至少两个四电池。
具体来说，可通过使单体电池的正负电极与不对称分隔物的特定表面选择性地接触来提高电池组性能。
附图说明
图1是图示根据现有技术的堆叠-折叠型电极组件的示例性结构的图。
图2是图示在制造图1的堆叠-折叠型电极组件的过程中的单体电池的布置组合的实例的图。
图3图示构成根据本公开的堆叠-折叠型电极组件的单体电池的C型双电池和四电池。
图4是图示根据本公开的一个实施例的堆叠-折叠型不对称电极组件结构的图。
图5是图示在制造图4的堆叠-折叠型不对称电极组件的过程中的单体电池的布置组合的图。
图6是图示根据本公开的另一实施例的堆叠-折叠型不对称电极组件结构的图。
图7是图示在制造图6的堆叠-折叠型不对称电极组件的过程中的单体电池的布置组合的图。
图8是图示单体电池的布置组合的图，用于描述根据本公开的另一实施例的制造堆叠-折叠型不对称电极组件的过程，且图9是图示由此制造的堆叠-折叠型不对称电极组件结构的图。
图10是图示单体电池的布置组合的图，用于描述根据本公开的另一实施例的制造堆叠-折叠型不对称电极组件的过程，且图11是图示由此制造的堆叠-折叠型不对称电极组件结构的图。
图12图示堆叠的数量在根据本公开的不对称电极组件中是三个或更多个的可能实例；(a)到(e)示意性地图示电池内的堆叠结构。
图13图示作为对比实例的对称结构的电极组件的实例，该电极组件包含四电池和C型双电池，其中C型双电池设置在开始缠绕的中央处。
图14是图示根据本公开的另一实施例的堆叠-折叠型对称电极组件结构的图。
图15是图示在制造图14的堆叠-折叠型对称电极组件的过程中的单体电池的布置组合的图。
图16图示构成根据本公开的堆叠-折叠型对称电极组件的单体电池的C型双电池和四电池的另一实例。
图17是图示根据本公开的另一实施例的堆叠-折叠型对称电极组件结构的图。
图18是图示在制造图17的堆叠-折叠型对称电极组件的过程中的单体电池的布置组合的图。
图19图示堆叠的数量在根据本公开的对称电极组件中是三个或更多个的可能实例；(a)到(d)示意性地图示电池内的堆叠结构，具体来说，与(b)的折叠方法一起来图示。
具体实施方式
下文中，将参看附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应理解，本说明书和所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为限于一般字典含义，而是应基于对应于本公开的技术方面的含义和概念来解释，这是基于以下原则：允许本发明者适当地定义术语以进行最佳解释。
还应理解，本公开所涵盖的电池组或电极组件包含所有各种类型(而不限于特定类型)，例如，具有以裁剪为细长形状的折叠分隔片缠绕的多个堆叠型单体电池的堆叠-折叠型电极组件以及具有通过锯齿方向折叠以折叠分隔片缠绕的堆叠型单体电池的Z型堆叠电极组件。
图3图示构成根据本公开的堆叠-折叠型电极组件的单体电池的C型双电池和四电池。
C型双电池具有负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构，且四电池具有正电极/分隔物/负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构。例如通过在正电极集流器的两个表面上涂布正电极活性材料、导电材料和粘合剂的混合物且对其进行干燥和压制来制备单体电池正电极，且可根据需要而将填料添加到混合物。通过在负电极集流器上涂布负电极活性材料且对其进行干燥和压制来制备单体电池负电极，且类似于先前所述，可视情况根据需要而进一步包含导电材料、粘合剂和填料。虽然如上所述针对正电极和负电极中的每一者而在集流器(电极片)的两个表面上涂布正电极活性材料或负电极活性材料，但在本文中为了方便起见而省略其图示。
图4是图示根据本公开的一个实施例的堆叠-折叠型不对称电极组件结构的图。
参看图4，堆叠-折叠型不对称电极组件具有多个堆叠型单体电池110、111和112，其中堆叠型单体电池110、111和112相互堆叠而折叠分隔片120介入在每一所堆叠的单体电池之间。折叠分隔片120具有足以围绕单体电池110、111和112的单位长度，且呈如下结构介入在所堆叠的单体电池110、111和112之间，其中折叠分隔片120从中央单体电池110开始向内折叠每一单位长度以连续地围绕单体电池110、111和112中的每一者直到最外部单体电池112。且，折叠分隔片120通过在其末端处热焊接或附接胶带125而终止。
电极组件包含正电极/分隔物/负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构的四电池110和112，以及负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构的C型双电池111。
在所堆叠的单体电池110、111和112中，四电池110(“中央单体电池”)设置在中央或缠绕开始点处。且，分别设置在中央单体电池上方和下方的单体电池111和112具有相互不对称的结构。负电极可设置在电极组件的最外部处。具体来说，该实施例示出使C型双电池111紧接在中央单体电池下方而放置的折叠结构。
当多个单体电池被堆叠成使得正电极和负电极面对彼此时，例如，在锂二次电池组的状况下，负电极被设计成占用较大面积，以在充电/放电期间阻碍负电极上的锂金属枝晶生长。因此，负电极可形成有比正电极大的面积，且/或负电极可设置在电极组件的最外部处。
图5是图示在制造图4的堆叠-折叠型不对称电极组件的过程中的单体电池的布置组合的图。
根据制造堆叠-折叠型不对称电极组件的方法，首先，堆叠正电极和负电极而分隔物介入在正电极与负电极之间，且以预定大小将正电极和负电极切割为多个四电池和双电池以制备单体电池110、111和112。在制备以细长形状裁剪的折叠分隔片120之后，如图5所示布置单体电池110、111和112。折叠分隔片120具有比单体电池110、111和112略大的宽度，以使得单体电池110、111和112的电极接线片(未示出)暴露，且延伸的长度足以在缠绕之后围绕电极组件一次，且折叠分隔片120的最外部末端可通过热焊接或附接胶带来固定。举例来说，通过使热焊接器或热板与待终止的折叠分隔片120接触，折叠分隔片120本身可通过热来焊接且粘合并固定，且折叠分隔片120还可通过例如胶带125来终止。
堆叠-折叠型不对称电极组件通过以下方式而制成：将单体电池110、111和112布置在长折叠分隔片120上且从折叠分隔片120的一个末端121开始顺序地缠绕。在该情形下，在以折叠分隔片120缠绕中央单体电池110一次之后，朝向设置邻近单体电池111和112的外部对折叠分隔片120进行折叠以堆叠每一单体电池111和112。
参见单体电池110、111和112的布置组合，中央单体电池110或四电池设置在折叠分隔片120的一个末端121处，且单体电池111和112以预定间隔连续地布置。第一单体电池(即，中央单体电池110)和第二单体电池111以与至少一个单体电池对应的宽度间隔隔开，因此在缠绕过程期间，中央单体电池110的外部完全覆盖以折叠分隔片120，且接着中央单体电池110的底部电极(正电极)接触第二单体电池111的顶部电极(负电极)。
缠绕在折叠分隔片120上的单体电池的数量可通过各种因素来确定，例如，包含每一四电池和双电池的单体电池的结构和将最终制造的电池组的所要容量。为便于图示，虽然图4示出三个单体电池，但堆叠-折叠型电极组件中所包含的单体电池的数量可更少或更多，且具体来说，用于混合动力车(HEV)中的电极组件具有至少10个堆叠。
折叠分隔片120可由与构成单体电池的分隔物相同的材料制成。折叠分隔片或分隔物可由选自以下群组的至少一种材料制成，所述群组包括：微孔聚乙烯膜、微孔聚丙烯膜或由这些膜的组合制备的多层膜，以及聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯-共-六氟乙烯的聚合物电解质的聚合物膜，且可为由使用所述材料制备的单层、或两层或更多层的多层制成的折叠分隔片或分隔物。
后续电池组制造过程如下所述。将正电极引线和负电极引线焊接到所制备的堆叠-折叠型电极组件的电极接线片部分。在该情形下，将铝用于正电极且将铜用于负电极是有效的。在将所焊接的电池包装在铝袋中的包装操作之后，馈送电解质溶液。
电解质溶液不限于特定类型，且包含所属领域中所使用的电解质溶液。具体来说，可使用选自以下各者的至少一者：碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸乙基甲酯(EMC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二甲酯(DMC)、二甲基乙酰胺(DMA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基亚砜(DMSO)、四氢呋喃(THF)和碳酸二乙烯酯(DEC)。
举例来说，在图4所示的结构中，关于处于中央的四电池110，四电池112设置在上方，且C型双电池111设置在下方。有可能，电极组件中所包含的仅一个C型双电池可设置在中央单体电池上方或下方。
举例来说，图6图示该状况的电极组件。图6是图示根据本公开的另一实施例的堆叠-折叠型不对称电极组件结构的图，且图7是图示在制造图6的堆叠-折叠型不对称电极组件的过程中的单体电池的布置组合的图。
根据图6的堆叠-折叠型不对称电极组件具有单体电池210、211、212和213，其中单体电池210、211、212和213相互堆叠而折叠分隔片220介入在每一所堆叠的单体电池之间。折叠分隔片220具有足以围绕单体电池210、211、212和213的单位长度，且呈如下结构介入在所堆叠的单体电池210、211、212和213之间，其中折叠分隔片220从中央单体电池210开始向内折叠每一单位长度以连续地围绕单体电池210、211、212和213中的每一者到最外部单体电池213。且，折叠分隔片220通过在其末端处热焊接或附接(例如)胶带225而终止。电极组件包含C型双电池212和四电池210、211和213。
堆叠-折叠型不对称电极组件通过以下方式而制成：将单体电池210、211、212和213布置在长折叠分隔片220上且从折叠分隔片220的一个末端开始顺序地缠绕。中央单体电池210或四电池设置在折叠分隔片220的一个末端221处，且单体电池211、212和213以预定间隔连续地布置。因为单体电池210、211、212和213应堆叠成使得正电极和负电极在缠绕期间在界面处面对彼此，所以中央单体电池210是将顶部电极作为正电极的四电池，第二单体电池211是将顶部电极作为正电极的四电池，第三单体电池212是将顶部电极作为负电极的C型双电池，且第四单体电池213是将顶部电极作为正电极的四电池。
如图7所示，在该实施例中，所有单体电池210、211、212和213的负电极设置在折叠分隔片220上。与现有技术相反，在不通过交替布置方法来布置单体电池的电极的情况下，可通过在折叠分隔片上布置所有单体电池的负电极且将其缠绕而实现制造，进而简化制造过程且显著提高制造效率，所有单体电池包含一个C型双电池和至少两个四电池。
如图7所示，当所有单体电池210、211、212和213的负电极设置在折叠分隔片220上时，可使用在两个表面上具有不同性质的不对称分隔物来代替折叠分隔片220。根据通过参看图1和图2而描述的现有技术，因为放置在折叠分隔片上的电极的极性以交替方式改变，所以无法应用该不对称分隔物结构。图8到图11图示根据本公开采用不对称分隔物的实例。
首先，图8是图示单体电池的布置组合的图，用于描述根据本公开的另一实施例的制造堆叠-折叠型电极组件的过程，且图9是图示由此制造的堆叠-折叠型电极组件结构的图。
折叠分隔片220'是在两个表面上具有不同性质的不对称分隔物。具体来说，折叠分隔片220'具有第一分隔物222和第二分隔物223的堆叠结构，且所有单体电池210、211、212和213的负电极布置在第一分隔物222上。举例来说，第一分隔物222和第二分隔物223可为具有不同设计结构(例如，孔隙大小、分布和厚度)的膜。该设计可改变为最佳地适合正负电极特性。举例来说，在该实施例中，第一分隔物222具有的组成物和/或厚度用于选择性地改变负电极与分隔物之间的接触表面，且第二分隔物223具有的组成物和/或厚度用于选择性地改变正电极与分隔物之间的接触表面。
在如图8所示布置之后，当从折叠分隔片220的一个末端221开始顺序地进行缠绕时，可获得堆叠-折叠型电极组件(诸如，图9所示的堆叠-折叠型电极组件)。
在图8中，示出了一种结构，其中C型双电池212以及四电池210、211和213的负电极设置在第一分隔物222上，且C型双电池212以及四电池210、211和213的正电极设置在第二分隔物223上。因此，根据本公开，可通过使单体电池的正负电极与不对称分隔物的特定表面接触来提高电池组性能。
图10是图示单体电池的布置组合的图，用于描述根据本公开的另一实施例的堆叠-折叠型不对称电极组件及其制造过程，且图11是图示由此制造的堆叠-折叠型不对称电极组件结构的图。
当与图8和图9所图示的实例比较时，图10和图11所图示的实例可替代地具有折叠分隔片220"。
折叠分隔片220"包含：分隔织物227；形成在分隔织物227的一个表面上的涂层226，涂层226含有用于负电极的无机材料和粘合剂；以及形成在分隔织物227的另一表面上的涂层228，涂层228含有用于正电极的无机材料和粘合剂。当如图10所示在C型双电池212以及四电池210、211和213放置在含有用于负电极的无机材料和粘合剂的涂层226上的情况下执行缠绕时，C型双电池212以及四电池210、211和213的负电极设置在含有用于负电极的无机材料和粘合剂的涂层226上，且C型双电池212以及四电池210、211和213的正电极如图11所示设置在含有用于正电极的无机材料和粘合剂的涂层228上。
分隔织物227包含纤维，优选为选自聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯[例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)]和/或聚烯烃[例如：聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)]、玻璃纤维或陶瓷纤维的纤维。优选地，分隔织物227可包含具有高于100℃的熔融温度和高于110℃的熔点的聚合物纤维。且，分隔织物227和/或涂层226和228可优选包含Li2CO3、Li3N或LiAlO3。由此，可优选提高穿过折叠分隔片220"的离子电导率。形成涂层226和228的无机材料可包含SiO2、Al2O3、ZrO2或SiC。
折叠分隔片220"为涂布有粘合剂和无机材料以提高二次电池组的电池性能的分隔物，其中单体电池的负电极始终设置在含有用于负电极的无机材料和粘合剂的涂层226上，且单体电池的正电极始终设置在含有用于正电极的无机材料和粘合剂的涂层228上，进而将不对称分隔物效果最大化。
根据本公开，可通过将所有单体电池的负电极布置在折叠分隔片220"的含有用于负电极的无机材料和粘合剂的涂层226上且将其缠绕而实现制造，进而简化制造过程且显著提高制造效率。
如上所述，根据本公开的堆叠-折叠型电极组件包含至少两个四电池以及一个C型双电池作为单体电池，四电池为正电极/分隔物/负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构，C型双电池为负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构。对于相同数量的电极来说，由于单体组件的总数减少，层叠的数量可减少，且随着单体组件的数量减少，折叠的数量减少，且设计自由度提高。
与制备两种类型的双电池(A型双电池和C型双电池)且以交替方式缠绕每一双电池的传统制造方法相反，因电池类型更替(A型双电池、C型双电池)所致的时间损失可减少，且电池组制造效率可最大化。在不通过交替布置方法来布置单体电池的电极的情况下，可通过在折叠分隔片上布置所有单体电池的负电极且将其缠绕而实现制造，进而简化制造过程且显著提高制造效率，所有单体电池包含一个C型双电池和至少两个四电池。具体来说，可通过使单体电池的正负电极与不对称分隔物的特定表面选择性地接触来提高电池组性能。
下文中，在不对称电极组件的情形中，进一步详细地描述本公开对设计自由度增加的效果和电池设计步骤。
图12图示堆叠的数量在根据本公开的不对称电极组件中是三个或更多个的可能实例。从(a)到(e)，四电池的数量以一个递增。电池设计的结果是，在电极组件如(a)所示包含两个四电池和一个C型双电池的基础上，四电池的数量增加一个，结果电极的数量增加四个。虽然附图图示C型双电池紧接在电极组件的开始缠绕的中央上方或下方的情形作为实例，但C型双电池可插入在电极组件的堆叠的最外部处或电极组件的堆叠的中间。表2示出根据本公开的不对称结构的电极组件中的堆叠的数量和电极的数量。
[表2]
该电极组件可被设计成将电极的数量顺序地以四个增加，而达到11、15、19、23和27个。与图1和图2所示的涉及将电极的数量以六个增加的现有技术相比，可发现电极的数量可精细地调整。
图13图示作为对比实例的对称结构的电极组件的实例，该电极组件包含四电池和C型双电池，而C型双电池设置在开始缠绕的中央处。由于对称结构，四电池的数量从(a)到(d)以两个依次递增。因此，电极的数量以八个增加。表3示出根据对比实例的对称结构的电极组件中的堆叠的数量和电极的数量。
[表3]
发现与对称结构的电极组件相比，本公开还可由于具有如上所述的不对称结构而精细控制电极的数量。
当本公开(例如，图12)中的(a)到(e)转换为传统堆叠-折叠型电极组件的堆叠的数量时，结果是3.67、5.00、6.33、7.67和9.00，如表2所示。如以星号(*)标记的，3.67、6.33和7.67是不可能通过根据现有技术的仅由双电池构成的堆叠-折叠型电极组件(图1和图2)实现的堆叠的数量，且7.67是不可能通过对称结构的对比实例实现的堆叠的数量。如此，根据本公开，电池设计自由度提高了。
如上所述，根据本公开，因为电极可被设计成将电极的数量以四个增加，所以与必须将电极的数量增加六个或八个相比，实现了电极的数量的精细控制，且可实现无法通过常规方法实现的堆叠的数量，因此设计自由度较高。存在的益处不仅在于可实现不可能通过传统堆叠-折叠型电极组件实现的堆叠的数量，而且在于尽管电极的数量相同但堆叠的实际数量较低，从而导致层叠和折叠的数量减少(在表2中，当堆叠的实际数量为4或7时，转换为传统结构的堆叠的数量为5或9，这高于堆叠的实际数量)。因此，折叠尺寸容差和缺陷比可减小，且层叠和折叠处理时间可减少。此外，作为构成电极组件的单体电池，存在一个C型双电池，且其它全部是四电池，因此电池制造效率高于如现有技术考虑电池类型改变的制造方法的电池制造效率。
因此，不应忽视的是，本公开的特征在于通过四电池-双电池组合，电池设计自由度提高且折叠的数量减少，而不仅是通过四电池-双电池组合来构造电极组件。
图14是图示根据本公开的另一实施例的堆叠-折叠型对称电极组件结构的图。
参看图14，堆叠-折叠型对称电极组件具有多个单体电池310、311和312，其中单体电池310、311和312相互堆叠而折叠分隔片320介入在每一所堆叠的单体电池之间。折叠分隔片320具有足以围绕单体电池310、311和312的单位长度，且呈如下结构介入在所堆叠的单体电池310、311和312之间，其中折叠分隔片320从中央单体电池310开始向内折叠每一单位长度以连续地围绕单体电池中的每一者单位长度，而连续地围绕单体电池310、311和312中的每一者直到最外部单体电池312。且，折叠分隔片320通过在其末端处热焊接或附接(例如)胶带325而终止。
在单体电池中，C型双电池310设置在中央或缠绕开始点处，且其它单体电池全部是四电池311和312。分别设置在C型双电池310上方和下方的四电池311和312具有相互对称的电极。负电极设置在电极组件的最外部处。
具体来说，在图14所示的电极组件中，折叠分隔片320是在两个表面上具有不同性质的不对称分隔物。具体来说，折叠分隔片320具有第一分隔物322和第二分隔物323的堆叠结构，且具有如下结构，其中C型双电池310以及四电池311和312的负电极设置在第一分隔物322上，且C型双电池310以及四电池311和312的正电极设置在第二分隔物323上。举例来说，第一分隔物322和第二分隔物323可为具有不同设计结构(例如，孔隙大小、分布和厚度)的膜。该设计可改变为最佳地符合正负电极特性。因此，根据本公开，可通过使单体电池的正负电极与不对称分隔物的特定表面接触来提高电池组性能。
图15是图示在制造图14的堆叠-折叠型对称电极组件的过程中的单体电池的布置组合的图。
参见制造堆叠-折叠型电极组件的方法，首先，堆叠正电极和负电极而分隔物介入在正电极与负电极之间，且以预定大小将正电极和负电极切割为多个四电池和双电池以制备单体电池310、311和312。在制备以细长形状裁剪的折叠分隔片320之后，如图15所示布置单体电池310、311和312。折叠分隔片320具有比单体电池310、311和312略大的宽度，以使得单体电池310、311和312的电极接线片(未示出)暴露，且延伸的长度足以在缠绕之后围绕电极组件一次，且折叠分隔片320的最外部末端可通过热焊接或附接胶带来固定。举例来说，通过使热焊接器或热板与待终止的折叠分隔片320接触，折叠分隔片320本身可通过热来焊接且粘合并固定，且折叠分隔片320还可通过例如胶带325来终止。
堆叠-折叠型电极组件通过以下方式而制成：将单体电池310、311和312布置在长折叠分隔片320上且从折叠分隔片320的一个末端321开始顺序地缠绕。在该情形下，在以折叠分隔片320缠绕中央单体电池310一次之后，朝向邻近单体电池311和312所在的外部对折叠分隔片320进行折叠以堆叠每一单体电池311和312。
参见单体电池310、311和312的布置组合，中央单体电池310或C型双电池设置在折叠分隔片320的一个末端321处，且单体电池311和312以预定间隔连续地布置。第一单体电池(即，中央单体电池310)和第二单体电池311以与至少一个单体电池对应的宽度间隔隔开，因此在缠绕过程期间，中央单体电池310的外部完全覆盖有折叠分隔片320，且接着中央单体电池310的底部电极(负电极)接触第二单体电池311的顶部电极(正电极)。
缠绕在折叠分隔片320上的单体电池的数量可通过各种因素来确定，例如，包含每一四电池和双电池的单体电池的结构和将最终制造的电池组的所要容量。为便于图示，虽然图14示出三个单体电池，但堆叠-折叠型电极组件中所包含的单体电池的数量可更少或更多，且具体来说，用于HEV中的电极组件具有至少10个堆叠。
折叠分隔片320具有第一分隔物322和第二分隔物323的堆叠结构，且是在两个表面上具有不同性质的不对称分隔物。在该实施例中，在第一分隔物322上设置C型双电池310以及四电池311和312的负电极，接着进行层叠和缠绕，且因此，与制备两种类型的双电池(A型双电池和C型双电池)且以交替方式缠绕每一双电池的传统制造方法相反，可减少因电池类型更替(A型双电池、C型双电池)所致的时间损失，且电池组制造效率可最大化。在不通过交替布置方法来布置单体电池的电极的情况下，可通过在折叠分隔片上布置所有单体电池的负电极且将其缠绕而实现制造，进而简化制造过程且显著提高制造效率。
折叠分隔片320可由与构成单体电池的分隔物相同的材料制成。在该状况下，单体电池(即，C型双电池和四电池)可具有如图16所示的结构。
折叠分隔片或分隔物可由以下群组的至少一种材料制成，所述群组包括：微孔聚乙烯膜、微孔聚丙烯膜或由这些膜的组合制备的多层膜，以及聚偏氟乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈或聚偏氟乙烯-共-六氟乙烯的固体电解质的聚合物膜，且可为由使用所述材料制备的两层或更多层的多层制成的折叠分隔片或分隔物。
根据本公开，四电池具有的电极数量大于双电池，与具有相同数量的电极的普通组件相比，使用四电池可使得单体组件的数量减少，且因此，折叠的数量减少。因此，折叠尺寸容差和缺陷比可减小，且层叠和折叠处理时间可减少。
且，通过使用不对称分隔物，可提高电池组性能。举例来说，在该实施例中，可通过向第一分隔物322应用组成物和/或厚度用于选择性地改变负电极与分隔物之间的接触表面，且通过向第二分隔物323应用组成物和/或厚度用于选择性地改变正电极与分隔物之间的接触表面，来提高电池组性能，以使得正负电极选择性地接触不对称分隔物的表面。
在通过参看图1和图2而描述的现有技术中，因为放置在折叠分隔片上的电极的极性以交替方式改变，所以无法应用该不对称分隔物结构。
图17是图示根据本公开的另一实施例的堆叠-折叠型对称电极组件结构的图，且图18是图示在制造图17的堆叠-折叠型对称电极组件的过程中的单体电池的布置组合的图。
当与图14和图15所图示的实例比较时，图17和图18所图示的实例可替代地具有折叠分隔片320'。
如图所示，折叠分隔片320'包含：分隔织物327；形成在分隔织物327的一个表面上的涂层326，涂层326含有用于负电极的无机材料和粘合剂；以及形成在分隔织物327的另一表面上的涂层328，涂层328含有用于正电极的无机材料和粘合剂。在该情形下，C型双电池310以及四电池311和312的负电极设置在含有用于负电极的无机材料和粘合剂的涂层326上，且C型双电池310以及四电池311和312的正电极设置在含有用于正电极的无机材料和粘合剂的涂层328上。
分隔织物327包含纤维，优选为选自聚酰胺、聚丙烯腈、聚酯[例如，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)]和/或聚烯烃[例如：聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)]、玻璃纤维或陶瓷纤维的纤维。优选地，分隔织物327可包含具有高于100℃的熔融温度和高于310℃的熔点的聚合物纤维。且，分隔织物327和/或涂层326和328可优选包含Li2CO3、Li3N或LiAlO3。因而，穿过折叠分隔片320'的离子电导率可优选提高。形成涂层326和328的无机材料可包含SiO2、Al2O3、ZrO2或SiC。
根据本公开，与现有技术相反，在不通过交替布置方法来布置单体电池的电极的情况下，可通过如图18所示在折叠分隔片320'的含有用于负电极的无机材料和粘合剂的涂层326上设置所有单体电池的负电极且将其缠绕而实现制造，进而简化制造过程且显著提高制造效率，所有单体电池包含一个C型双电池和至少两个四电池。
折叠分隔片320'为涂布以粘合剂和无机材料以提高二次电池组的电池性能的分隔物，其中单体电池的负电极始终设置在含有用于负电极的无机材料和粘合剂的涂层326上，且单体电池的正电极始终设置在含有用于正电极的无机材料和粘合剂的涂层328上，进而将不对称分隔物效果最大化。
如上所述，根据本公开的堆叠-折叠型对称电极组件包含至少两个四电池以及处于中央或缠绕开始点处的一个C型双电池作为单体电池，四电池为正电极/分隔物/负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构，C型双电池为负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构。对于相同数量的电极来说，由于单体组件的总数减少，层叠的数量可减少，且随着单体组件的数量减少，折叠的数量减少，且设计自由度提高。
下文中，在堆叠-折叠型对称电极组件的状况下，进一步详细地描述设计自由度增加的本公开的效果和电池设计步骤。
图19图示堆叠的数量在根据本公开的对称电极组件中是三个或更多个的可能实例。从(a)到(d)，四电池的数量以两个增加。电池设计的结果是，在电极组件如(a)所示包含两个四电池和一个C型双电池的基础上，四电池的数量增加两个，结果电极的数量增加八个。表4示出根据本公开的电极组件中的堆叠的数量和电极的数量。
[表4]
当本公开中的(a)到(d)转换为传统堆叠-折叠型电极组件的堆叠的数量时，结果是3.67、6.33、9.00和11.67，如表4所示。如以星号(*)标记的，3.67、6.33和11.67是不可能通过根据现有技术的仅由双电池构成的堆叠-折叠型电极组件(图1和图2)实现的堆叠的数量。如此，根据本公开，电池设计自由度提高了。
如上所述，存在多个益处：因为可根据本公开而实现不可能通过常规方法实现的堆叠的数量，所以尽管电极的数量相同，但设计自由度较高且堆叠的实际数量较低，且因此层叠和折叠的数量减少(在表4中，当堆叠的实际数量为7时，转换为传统结构的堆叠的数量为9，这高于堆叠的实际数量)。因此，折叠尺寸容差和缺陷比可减小，且层叠和折叠处理时间可减少。此外，作为构成电极组件的单体电池，存在一个C型双电池，且其它全部是四电池，因此电池制造效率高于如现有技术考虑电池类型改变的制造方法的电池制造效率。且，电池组特性可通过应用不对称分隔物来进一步改进。
虽然已在上文图示和描述本公开的优选实施例，但本公开不限于上述特定的优选实施例，且应理解，在不偏离所附权利要求书所主张的本公开的精神的情况下，所属领域的一般技术人员可进行各种改变和修改，且这些改变和修改落入权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种堆叠-折叠型电极组件，包括多个堆叠型单体电池，所述堆叠型单体电池在连续的折叠分隔片介于堆叠的单体电池中的每一个之间的情况下相互堆叠，
其特征在于，所述单体电池包括至少两个四电池与一个C型双电池的组合，所述四电池为正电极/分隔物/负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构，所述C型双电池为负电极/分隔物/正电极/分隔物/负电极结构，且
在所述四电池布置在中央部分处的情况下，布置在中央部分的上方和下方或缠绕开始点的上方和下方的单体电池具有相互不对称的结构，或在所述C型双电池布置在中央部分处的情况下，布置在中央部分的下方和上方或缠绕开始点的上方和下方的单体电池具有相互对称的结构。
2.根据权利要求1所述的堆叠-折叠型电极组件，其特征在于，所述电极组件具有如下结构，即：在所述C型双电池布置在中央部分或缠绕开始点的情况下，布置在中央部分的上方和下方的单体电池具有对称结构，且
分别布置在中央C型双电池的上方和下方的所述四电池具有相互对称的电极方向。
3.根据权利要求1所述的堆叠-折叠型电极组件，其特征在于，所述负电极布置在所述电极组件的最外部处。
4.根据权利要求1所述的堆叠-折叠型电极组件，其特征在于，所述折叠分隔片具有足以围绕所述单体电池的单位长度，且从中央单体电池开始向内折叠每一单位长度以连续地围绕所述单体电池直到最外部单体电池。
5.根据权利要求1所述的堆叠-折叠型电极组件，其特征在于，所述折叠分隔片是在两个表面上具有不同性质的不对称分隔物。
6.根据权利要求5所述的堆叠-折叠型电极组件，其特征在于，所述折叠分隔片包括：
分隔织物；
形成在所述分隔织物的一个表面上的涂层，所述涂层含有用于负电极的无机材料和粘合剂；以及
形成在所述分隔织物的另一表面上的涂层，所述涂层含有用于正电极的无机材料和粘合剂，且
所述C型双电池和所述四电池的负电极布置在含有用于负电极的无机材料和粘合剂的所述涂层上，且所述C型双电池和所述四电池的正电极布置在含有用于正电极的无机材料和粘合剂的所述涂层上。
7.根据权利要求5所述的堆叠-折叠型电极组件，其特征在于，所述折叠分隔片具有第一分隔物和第二分隔物的堆叠结构，且所述C型双电池和所述四电池的负电极布置在所述第一分隔物和所述第二分隔物中的任一个上，且所述C型双电池和所述四电池的正电极布置在所述第一分隔物和所述第二分隔物中的另一个上。
8.一种二次电池组，其特征在于包括根据权利要求1所述的堆叠-折叠型电极组件。
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