阶梯型电极组堆叠体的制作方法
阶梯型电极组堆叠体的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种安装在二次电池的电池外壳中的电极组堆叠体，并且更加具体地涉及一种阶梯型电极组堆叠体。
【背景技术】
[0002]随着信息技术(IT)的显著的发展，很多种便携式信息通信装置已经得到普及。结果，在21世纪，我们正在迈向一个无所不在的社会，其中无论时间和地点如何，高质量信息服务是可能的。
[0003]对于实现这种无所不在的社会而言，锂二次电池是非常重要的。
[0004]特别地，能够充电和放电的锂二次电池已经广泛地用作无线移动装置的能源。另夕卜，锂二次电池还已经用作电动车辆和混合电动车辆的能源，已经为了解决由使用化石燃料的现有汽油和柴油车辆引起的问题诸如空气污染而提出了电动车辆和混合电动车辆。
[0005]因为如上所述锂二次电池能够应用于此的装置是多样化的，所以锂二次电池也已经是多样化的，使得锂二次电池能够提供适合于锂二次电池应用于此的装置的功率和容量。另外，对于减小锂二次电池的尺寸和重量存在强烈的需要。
[0006]根据相应产品的尺寸和重量的减小，小型移动装置诸如移动电话、个人数字助理(PDA)、数字照相机和膝上型计算机为每一个装置使用一个或几个小型、轻质的电池单体。
[0007]另一方面，中型或者大型装置诸如电动自行车、电动摩托车、电动车辆和混合电动车辆使用具有相互电连接的多个电池单体的中型或者大型电池模块(中型或者大型电池组)，因为对于中型或者大型装置而言，高功率和大容量是必要的。
[0008]电池模块的尺寸和重量与相应的中型或者大型装置的电池模块安装空间和功率直接相关。因此，制造商正在努力制造小的并且轻质的电池模块。
[0009]基于它们的形状分类的柱形电池单体、棱形电池单体和袋形电池单体被用作电池模块或者电池组的单元单体。在这些电池当中，能够以高集成度堆叠、具有高的单位重量能量密度、是廉价的并且能够容易地修改的袋形电池单体已经吸引了相当大的关注。
[0010]图1A和IB是典型地示出常规的代表性袋形二次电池的总体结构的分解透视图。
[0011]参考图1A，袋形二次电池10包括:电极组件20，电极组件20具有从电极组件20突出的多个电极接线片21和22 ;分别地连接到电极接线片21和22的两条电极引线30和31 ;和电池外壳40，电池外壳40用于在密封状态下接纳电极组件20，使得电极引线30和31的部分从电池外壳40向外暴露。
[0012]电池外壳40包括:具有电极组件20位于其中的凹陷的接纳部41的下壳42 ;和用于覆盖下壳42使得电极组件20被密封在电池外壳40中的上壳43。
[0013]上壳43和下壳42在其中电极组件20安装在其中的状态下通过热焊接相互连接，以形成上端密封部44、侧密封部45和46和下端密封部47。
[0014]如在图1A中所示，上壳43和下壳42可以构造成独立的构件。如在图1B中所示，在另一方面，上壳43的一端可以一体地形成在下壳42的相应端处，使得上壳43和下壳42可以以铰接方式相互连接。
[0015]另外，如在图1A和IB中所示，袋形电池单体构造为具有这样的结构，其中由电极接线片和连接到电极接线片的电极引线构成的电极端子形成在堆叠型电极组件的一端处。可替代地，构造为具有其中电极端子在电极组件的一端和另一端处形成的结构的袋形电池单体也可以使用以上方法制造。
【发明内容】
[0016]技术问题
[0017]如在图1A和IB中所示，电极组件通常制造为具有近似长方体结构。电极组件安装在电池外壳中，以制造具有长方体结构的袋形电池单体。多个这样的袋形电池单体被堆叠以构成具有长方体结构的电池组。
[0018]然而，具有长方体结构的电池单体或者具有长方体结构的电池组应用于此的装置通常并非以长方体的形状形成。
[0019]例如，智能手机的侧部可以是弯曲的以改进握持性。
[0020]然而，在其中具有长方体结构的电池单体或者具有长方体结构的电池组安装在设计为具有这种弯曲部分的装置中的情形中，装置的空间利用可降低。
[0021]即，装置的弯曲部分具有其中不能安装电池单体或者电池组的死空间。最终，这种死空间降低了单位体积的装置容量。
[0022]因此，已经作出本发明用于解决以上问题，并且本发明的一个目的在于提供一种能够最大化地提高单位体积的装置容量的阶梯型电极组堆叠体和一种包括该阶梯型电极组堆叠体的锂二次电池单体。
[0023]本发明的另一个目的在于提供一种阶梯型电极组堆叠体，该阶梯型电极组堆叠体如此构造，使得在阶梯型电极组堆叠体的大规模生产期间产生的过程困难最小化，由此提高阶梯型电极组堆叠体的产量。
[0024]技术方案
[0025]根据本发明的一个方面，能够通过提供一种电极组堆叠体实现以上和其它目的，该电极组堆叠体包括:多个电极组，所述多个电极组中的每一个电极组包括阴极、阳极和布置在阴极和阳极之间的第一分隔物；和第二分隔物，该第二分隔物布置在电极组之间，其中电极组基于一平面在高度方向上堆叠，所述电极组中的一些或者所有电极组在其间的堆叠界面处具有不同的相对堆叠表面面积，并且电极组堆叠体包括满足以下方程式(I)的电极组:T彡(TsumX0.5) (I)，其中T表示任意电极组的厚度，并且Tsum表示构成该电极组堆叠体的电极组的厚度之和。
[0026]任意电极组可以意味着从构成该电极组堆叠体的电极组中选择的任意一个电极组。例如，任意电极组可以是具有最大的堆叠表面面积的堆叠型电极组。
[0027]阴极可以构造为具有其中阴极浆料层形成在阴极集电器上的结构。
[0028]阴极可以具有仅形成在阴极的面对阳极的区域处的阴极浆料层。
[0029]阴极的面对阳极的表面可以是阴极集电器的一个主表面或者每一个主表面。
[0030]阴极可以是板形阴极，即阴极板。阴极板可以具有直角角部或者弯曲角部。例如，以长方体的形状形成的阴极板的所有的角部可以是直角。可替代地，阴极板的角部中的至少一个角部可以是弯曲的。
[0031]在其中阴极板的角部中的至少一个角部是如上所述弯曲的情形中，当电极组堆叠体跌落时施加到阴极板的弯曲角部的冲击减小，由此改进安全性。
[0032]单侧阴极板可以具有87至92 μ m的最大厚度。该单侧阴极板可以具有70至74 μ m的最小厚度。在此情形中，阴极浆料的加载水平可以是16mg/cm2至22mg/cm2。
[0033]双侧阴极板可以具有128至133 ym的最大厚度。该双侧阴极板可以具有91至99 μm的最小厚度。在此情形中，阴极楽料的加载水平可以是32mg/cm2至44mg/cm2。
[0034]单侧阴极板的阴极集电器的厚度可以大于双侧阴极板的阴极集电器的厚度。单侧阴极板的阴极集电器的厚度与双侧阴极板的阴极集电器的厚度之比可以是2.5:1至1.5:1o
[0035]在其中单侧阴极板的阴极集电器的厚度大于双侧阴极板的阴极集电器的厚度的情形中，能够在单侧阴极被辊压时最小化单侧阴极的弯曲。
[0036]结果，可以提尚广量和制造效率。
[0037]阳极可以构造为具有其中阳极浆料层形成在阳极集电器上的结构。
[0038]阳极可以具有仅在阳极的面对阴极的区域处形成的阳极浆料层。阳极的面对阴极的表面可以是阳极集电器的一个主表面或每一个主表面。
[0039]阳极可以是板形阳极，即阳极板。阳极板可以具有直角角部或者弯曲角部。例如，以长方体的形状形成的阳极板的所有的角部可以是直角。可替代地，阳极板的角部中的至少一个角部可以是弯曲的。
[0040]在其中阳极板的角部中的至少一个角部是如上所述弯曲的情形中，当电极组堆叠体跌落时施加到阳极板的弯曲角部的冲击减小，由此改进安全性。
[0041]单侧阳极板可以具有86至91 μπι的最大厚度。单侧阳极板可以具有67至70 μm的最小厚度。在此情形中，阳极楽料的加载水平可以是7.7mg/cm2至10.5mg/cm2。
[0042]双侧阳极板可以具有139至149 μ m的最大厚度。双侧阳极板可以具有101至
108μπι的最小厚度。在此情形中，阳极楽料的加载水平可以是15.4mg/cm2至21mg/cm2。
[0043]单侧阳极板的阳极集电器的厚度可以大于双侧阳极板的阳极集电器的厚度。单侧阳极板的阳极集电器的 厚度与双侧阳极板的阳极集电器的厚度之比可以是2.5:1至1.5:1o
[0044]在其中单侧阳极板的阳极集电器的厚度大于双侧阳极板的阳极集电器的厚度的情形中，能够在单侧阳极被棍压时最小化单侧阳极的弯曲。
[0045]结果，可以提尚广量和制造效率。
[0046]第一分隔物可以是板形分隔物，即分隔板。
[0047]电极组中的每一个电极组可以是堆叠型电极组，该堆叠型电极组包括阴极板、阳极板以及布置在阴极板和阳极板之间的第一板形分隔物，阴极板和阳极板在其中分隔板处于阴极板和阳极板之间的状态下基于平面在高度方向上堆叠。
[0048]在以上说明中，平面可以是任何平面。例如，平面可以是地面或者垂直于地面的平面。
[0049]电极板可以在重力的方向上或者在重力的相反方向上堆叠。
[0050]例如，在以上说明中的表述“电极板基于平面在高度方向上堆叠”可以意味着电极板可以在重力的方向上或者在重力的相反方向上从地面堆叠。
[0051]这同样地应用于其中电极板基于平面在与高度方向相反的方向上堆叠的情形。
[0052]设置在堆叠型电极组之间的第二分隔物可以是分隔片。
[0053]分隔片可以定义为这样的分隔物，该分隔物设置在阴极板和阳极板之间以将阴极和阳极相互隔离，并且同时具有足够的长度以覆盖阴极板的不形成有阴极端子的侧部或者阳极板的不形成有阳极端子的侧部。
[0054]分隔片可以覆盖堆叠型电极组的不形成有电极端子的侧部。
[0055]即，分隔片可以以预定距离与构成阶梯型结构的台阶间隔开。即，分隔片可以不与构成阶梯型结构的台阶中的每一个台阶的外周紧密接触。
[0056]在此情形中，可能难以沿着锂二次电池安装在其中的装置的弯曲部分的曲率形成包括根据本发明的电极组堆叠体的锂二次电池的外周。
[0057]优选地，分隔片设置成与堆叠型电极组的侧部、特别地构成阶梯型结构的各个台阶的外周紧密接触。
[0058]分隔片可以具有5 至 300 μm、5 至 200 μm、5 至 100 μm、5 至 50 μm、5 至 30 μm、5至24μπι、5至20μπι，或者10至20 μπι的厚度。随着分隔片的厚度降低，电极组堆叠体的放电容量增加。
[0059]以上条件同样地应用于分隔板。
[0060]因为分隔片的厚度是非常小的，所以不易于实现在分隔片和构成阶梯型结构的各个台阶的外周之间的紧密接触。
[0061]根据本发明，分隔片可以被切割和/或加热，使得分隔片紧密接触构成阶梯型结构的各个台阶的外周。即，分隔片可以紧密接触电极组的侧部。
[0062]分隔片可以设置在阴极和阳极之间，同时覆盖电极组的侧部以与反复性的充电和放电无关地可靠地维持在电极组和分隔片之间的界面接触。
[0063]在分隔片的卷绕期间产生的张力可以提供压力以实现在电极组和分隔片之间的紧密界面接触。
[0064]分隔片可以覆盖堆叠体的外周的一部分或者全部。
[0065]分隔片的端部可以通过热焊接或者胶接来固定。
[0066]电极组的数目可以是偶数。
[0067]电极组的数目可以是奇数。
[0068]电极组可以基于平面在高度方向上堆叠。电极组中的一些或者所有电极组可以在其间的堆叠界面处具有不同的相对堆叠表面面积。
[0069]如在前描述地，该平面可以是任何平面。例如，该平面可以是地面或者垂直于地面的平面。电极组中的一个电极组可以是具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组。
[0070]电极组可以基于具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组在高度方向上以及在与高度方向相反的方向上堆叠。在此情形中，电极组可以对称地或者非对称地堆叠。
[0071]在其间的堆叠界面处具有不同的相对堆叠表面面积的电极组可以形成台阶或者阶梯型结构。
[0072]在其中具有不同的堆叠表面面积的η个电极组被堆叠的情形中，阶梯型结构可以具有η个台阶，其中η是等于或者大于2的自然数，并且可以考虑到装置的容量或者装置的外周的曲率地适当地调节。
[0073]具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组可以是S堆叠型电极组，所述S堆叠型电极组的最上电极和最下电极具有相同极性。
[0074]所述S堆叠型电极组可以是SA堆叠型电极组，所述SA堆叠型电极组的最上电极和最下电极是阳极。
[0075]所述S堆叠型电极组可以是SC堆叠型电极组，所述SC堆叠型电极组的最上电极和最下电极是阴极。
[0076]具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组可以是D堆叠型电极组，所述D堆叠型电极组的最上电极和最下电极具有不同极性。
[0077]D堆叠型电极组可以具有0.3mm的最小厚度。
[0078]具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组满足以上方程式(I)。
[0079]在其中分隔片被折叠或卷绕以制造根据本发明的非限制实施例的电极组堆叠体的情形中，偶数或奇数个堆叠型电极组可以以预定间隔布置在分隔片上。位于卷绕始点处的具有最大堆叠表面面积的电极组，即，具有最大面积的电极组，可以在其中利用在折叠过程期间使用的夹具固定该电极组的状态下从卷绕始点到卷绕终点地被反复折叠或者卷绕。
[0080]夹具可以是用于当分隔片被折叠或者卷绕时保持电极组的装置，诸如夹子。
[0081]在分隔片的折叠或者卷绕期间具有最大面积的电极组从夹具分离的情形中，产量或者制造效率可能降低。因此，夹具可以向具有最大面积的电极组施加均匀的作用力。
[0082]如果具有最大面积的电极组的厚度小于电极组的厚度的总和的50%，则具有最大面积的该电极组可能被施加于此的作用力破坏。
[0083]根据本发明的另一个方面，堆叠在具有最大堆叠表面面积的电极组上的电极组满足方程式(2):Ta = nXTb (2)，其中Ta和Tb表示从堆叠在具有最大堆叠表面面积的电极组上的电极组中选择的任意电极组，并且η示意自然数。
[0084]任意电极组可以包括S堆叠型电极组、D堆叠型电极组、或者S堆叠型电极组和D堆叠型电极组的组合。
[0085]在电极组之间的界面处彼此相对的电极中的具有较大的相对面积的一个电极可以是阳极。在此情形中，如与在其中在电极组之间的界面处彼此相对的电极中的具有较大的相对面积的电极是阴极的情形中相比较，能够最小化在电极组堆叠体的充电期间的枝晶生长。
[0086]可替代地，在电极组之间的界面处彼此相对的电极中的具有较大的相对面积的电极可以是阴极。
[0087]堆叠型电极组可以包括第一单元单体，所述第一单元单体构造为具有这样的结构，其中阴极板、阳极板和分隔板在堆叠的同时被层压，使得阴极板或者阳极板以及分隔板中的一个分隔板位于堆叠型电极组的最外侧。
[0088]堆叠型电极组可以包括第二单元单体，所述第二单元单体构造为具有这样的结构，其中阴极板、阳极板和分隔板在堆叠的同时被层压，使得分隔板位于堆叠型电极组的最外侧。
[0089]例如，第一单元单体可以构造为具有其中阴极板、分隔板、阳极板和分隔板被层压在一起同时被顺序地堆叠的结构，或者其中阳极板、分隔板、阴极板和分隔板被层压在一起同时被顺序地堆叠的结构。
[0090]堆叠型电极组可以包括第三单元单体，所述第三单元单体构造为具有这样的结构，其中，在其中分隔板设置在阴极板和阳极板之间的状态下，阴极板、阳极板和分隔板在堆叠的同时被层压，使得阴极板和阳极板位于堆叠型电极组的最外侧。
[0091]堆叠型电极组可以包括第四单元单体，所述第四单元单体构造为具有这样的结构，其中阴极板或者阳极板与分隔板在堆叠的同时被层压。
[0092]堆叠型电极组可以构造为具有其中仅第一单元单体被堆叠的结构、其中仅第二单元单体被堆叠的结构、其中仅第三单元单体被堆叠的结构、其中仅第四单元单体被堆叠的结构，或者其中第一、第二、第三和第四单元单体被组合的结构。
[0093]第二单元单体可以堆叠在第一单元单体的最上端或者最下端处。
[0094]在其中仅第二单元单体被堆叠的结构中，阴极板或者阳极板可以设置在第二单元单体之间。
[0095]用于更加可靠地维持阴极板、分隔板和阳极板的堆叠结构的固定构件可以添加到第一单元单体到第四单元单体。
[0096]固定构件可以是不同于第一单元单体到第四单元单体的、另外的外部部件。固定构件可以是用于覆盖每一个单元单体的外侧的一部分或者全部的 胶带或者粘带。
[0097]每一个单元单体的外侧可以包括侧部、顶部、前部和后部。
[0098]固定构件可以是构成每一个单元单体的分隔板的一部分。在此情形中，分隔板的端部可以被热焊接以固定每一个单元单体。
[0099]分隔板的端部可以延伸，使得分隔板具有大于阴极板和阳极板的尺寸，即水平长度或者竖直长度的长度。分隔物的延伸端部可以通过热焊接相互连接。
[0100]固定构件不限于上述构造。例如，固定构件可以包括能够固定第一单元单体或者第二单元单体的所有构件。
[0101]如与构造为具有其中阴极板、阳极板和分隔板被简单地堆叠的结构的堆叠型电极组相比较，在其中堆叠型电极组构造为包括第一单元单体和第二单元单体的情形中，能够提高生产率和产量。
[0102]另外，阴极板、分隔板和阳极板以第一单元单体为单位层压，并且因此能够最小化由于隆起引起的、堆叠型电极组的体积膨胀。
[0103]在其中堆叠型电极组构造为包括第一单元单体和第二单元单体的情形中，能够防止在折叠过程期间引起的电极组的错位并且省略加工设备。而且，能够使用仅一个层压器形成第一单元单体或者第二单元单体。另外，能够通过简单的堆叠制造堆叠型电极组。因此，在折叠过程期间引起的、对于电极的损坏可以减轻并且电解质可湿性可以得到改进。此夕卜，单侧有机和无机复合分隔物，例如安全性增强分隔物(SRS)，可以被用作向外侧暴露的分隔板。因此，胞厚度可以降低，并且同时加工成本可以减小。
[0104]根据本发明的电极组堆叠体具有5.5mm的最大厚度。
[0105]上述特征的各种组合落入本发明的范围中。
[0106]根据本发明进一步的方面，提供一种包括带有上述构造的电极组堆叠体的锂二次电池，其中电极组堆叠体安装在电池外壳中。
[0107]电池外壳可以由层压片或者金属容器形成，该层压片包括树脂层和金属层。
[0108]电池外壳可以设置有接纳部，该接纳部具有对应于电极组堆叠体的外部结构的内部结构。
[0109]锂二次电池可以是锂离子电池、锂聚合物电池、或者锂离子聚合物电池。
[0110]锂二次电池可以被用作选自组的装置的电源:移动电话、便携式计算机、智能手机、智能垫、上网本计算机、轻型电动车辆(LEV)、电动车辆、混合电动车辆、插电式混合电动车辆和电力存储装置，然而本发明不限于此。
[0111]电池单体的结构和制造电池单体的方法或者装置的结构和制造装置的方法是本发明所属技术领域中的普通技术人员熟知的，并且因此将省略其详细说明。
【附图说明】
[0112]根据与附图相结合的以下详细说明，将更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优势，其中:
[0113]图1A和图1B是示出常规的代表性袋形二次电池的分解透视图；
[0114]图2和图3是典型地示出构成根据本发明的堆叠型电极组的电极板和分隔板的透视图和竖直截面视图；
[0115]图4和图5是典型地示出构造为具有其中最上电极板和最下电极板具有不同极性的结构的堆叠型电极组的竖直截面视图；
[0116]图6是典型地示出构造为具有其中最上电极板和最下电极板具有相同极性的结构的堆叠型电极组的竖直截面视图；
[0117]图7是典型地示出根据本发明的非限制性实施例的电极组堆叠体的截面视图；
[0118]图8是典型地示出图7的电极组堆叠体的展开视图；
[0119]图9是示出根据本发明的非限制性实施例的第一单元单体的结构的截面视图；
[0120]图10是示出根据本发明的非限制实施例的第二单元单体的结构的截面视图；
[0121]图11是示出包括图9的第一单元单体和图10的第二单元单体的堆叠型电极组的结构的截面视图；
[0122]图12A和图12B是示出图9的第一单元单体的固定结构的典型视图；
[0123]图13是典型地示出制造根据本发明的非限制性实施例的第一单元单体的过程的视图；并且
[0124]图14是典型地示出具有两个台阶的阶梯型结构的视图。
【具体实施方式】
[0125]现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。然而，应该指出，本发明的范围不受所示意的实施例限制。
[0126]在图2和3中典型地示出了构成根据本发明的电极组的阴极板130、阳极板170和分隔板150。参考图2和3，阴极板130构造为具有其中阴极浆料132施加到阴极集电器136的结构，并且阳极板170构造为具有其中阳极浆料172施加到阳极集电器176的结构。
[0127]在图2的阴极板130中，阴极浆料132施加到阴极集电器136的顶部和底部。在图2的阳极板170中，阳极浆料172施加到阳极集电器176的顶部和底部。
[0128]图2和3的阴极板130和阳极板170以具有总长度L1、总宽度SI和总高度H的长方体的形状形成。
[0129]图4到6是典型地示出堆叠型电极组300和400的竖直截面视图，该堆叠型电极组300和400构造为具有这样的结构，其中图3的阴极板130和阳极板170在其中分隔板150设置在阴极板130和阳极板170之间的状态下基于平行于堆叠平面的平面沿着高度方向交替地堆叠。
[0130]在图4和图5的堆叠型电极组210、220、230、240和250中，最上电极板和最下电极板具有不同的极性。
[0131]另一方面，在图6的堆叠型电极组310、320和330中，最上电极板和最下电极板具有相同的极性。
[0132]在堆叠型电极组220、250和330中的每一个电极组的最下阴极板的、面对堆叠在该最下阴极板上方的阳极板的仅一个主表面处形成阴极浆料层。
[0133]图7是示出根据本发明的非限制性实施例的电极组堆叠体的竖直截面视图。
[0134]构成图7所示的电极组堆叠体500的电极组可以包括图4到6的堆叠型电极组的组合。
[0135]参考图7，具有不同面积的堆叠型电极组400A、300B、300D、300F和300H被堆叠。在堆叠型电极组400A和300B之间的界面处形成台阶。另外，还在堆叠型电极组300D和300H之间的界面处形成另一台阶。
[0136]堆叠型电极组400A的厚度等于堆叠型电极组400A、300B、300D、300F和300H的高度的总和的60%。
[0137]堆叠型电极组300B、300D、300F和300H具有相同的厚度。
[0138]分隔片覆盖堆叠型电极组400A、300B、300D、300F和300H的侧部。另外，分隔片覆盖电极组堆叠体500的外周边。分隔片的端部通过胶接(taping)来固定。
[0139]图8是典型地示出图7的电极组堆叠体的展开视图。
[0140]参考图8，具有最大面积和厚度的电极组400A设置在分隔片的左边缘上，分隔片的卷绕在分隔片的左边缘处开始。具有比电极组400A更小的面积的电极组300B在其中电极组300B以预定距离与电极组400A间隔开的状态下沿着卷绕方向设置在分隔片上。具有比电极组300B更小的面积的电极组300D在其中电极组300D以预定距离与电极组300B间隔开的状态下沿着卷绕方向设置在分隔片上。具有比电极组300D更小的面积的电极组300F在其中电极组300F以预定距离与电极组300D间隔开的状态下沿着卷绕方向设置在分隔片上。具有比电极组300F更小的面积的电极组300H在其中电极组300H以预定距离与电极组300F间隔开的状态下沿着卷绕方向设置在分隔片上。
[0141]图9是典型地示出第一单元单体的结构的截面视图，并且图10是典型地示出第二单元单体的结构的截面视图。
[0142]如在图9中所示，第一单元单体被构造为具有这样的结构，其中，分隔板310、阴极板320、分隔板330和阳极板340在被顺序地堆叠的同时层压在一起。
[0143]如在图10中所示，第二单元单体被构造为具有这样的结构，其中，分隔板410、阳极板420和分隔板430在被顺序地堆叠的同时被层压的结构。
[0144]图11示出构造为具有其中图10的第二单元单体堆叠在由第一单元单体构成的第一单元单体堆叠体的最上端上的结构的堆叠型电极组，所述第一单元单体中的一个在图9中示出。
[0145]图12A和图12B示出其中固定构件T1被添加到图9的第一单元单体的实施例。具体地，固定构件1\被添加到第一单元单体300的侧 部或前部。
[0146]为了确保简单堆叠结构的堆叠稳定性，可以将另外的固定构件添加到堆叠结构的一侧，以固定该堆叠结构。固定构件可以实现为如在图12A中所示的围绕第一单元单体300的整个表面的胶带！\。可替代地，固定构件可以实现为如在图12B中所示的固定第一单元单体300的仅每一侧部的固定构件T2。
[0147]图13是典型地示出制造根据本发明的第一单元单体的过程的视图。
[0148]如在图13中所示，用于分隔板310、阴极板320、分隔板330和阳极板340的材料被同时地加载(使用薄板型加载单元)。用于用作中间层的阴极板320的材料被切割成设计尺寸，并且然后被加载到层压器LjP L2中。随后，设置在用于阴极板320的材料的下方和上方的、用于分隔板310和330的材料被同时地加载到层压器1^和L2中。同时，用于阳极板340的材料被加载到层压器LjP L 2中。
[0149]随后，层压器LjP L 2使用热和压力形成其中该两个电极板和该两个分隔板被层压到彼此的结构体，即第一单元单体。随后，刀具C3将该结构体切割成多个第一单元单体。然后，可以关于每一个第一单元单体执行各种检查过程，诸如厚度检查(a)、视觉检查(b)和短路检查(C)。
[0150]随后，使用固定构件固定如上所述地制造的每一个第一单元单体，并且堆叠第一单元单体以构成其中第一单元单体被堆叠的结构体。随后，将图10所示的第二单元单体堆叠在该结构体上，并且然后使用固定构件将第二单元单体和该结构体固定，由此完成堆叠型电极组。
[0151]图14是典型地示出具有两个台阶的阶梯型结构的视图。
[0152]虽然已经为了示意性的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不偏离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改型、添加和替代都是可能的。
[0153]工业适用性
[0154]如根据以上说明清楚地，根据本发明的电极组堆叠体包括基于装置的弯曲部分的曲率改变的阶梯型结构。因此，不象常规的电极组堆叠体那样，本发明具有通过利用在装置中限定的死空间而增加每单位体积的装置容量的效果。
[0155]另外，根据本发明的电极组堆叠体在无过程困难的情况下以高产量制造，由此提高了过程效率和价格竞争性。
【主权项】
1.一种电极组堆叠体，包括: 多个电极组，所述多个电极组中的每一个电极组包括阴极、阳极以及布置在所述阴极和所述阳极之间的第一分隔物；和 第二分隔物，所述第二分隔物布置在所述电极组之间， 其中: 所述电极组基于一平面在高度方向上堆叠， 在所述电极组中的一些或者所有电极组之间的堆叠界面处具有不同的相对堆叠表面面积，并且 所述电极组堆叠体包括满足以下方程式(I)的电极组: T ^ (TsumX 0.5) (I) 其中，T表示任意电极组的厚度，Tsum表示构成所述电极组堆叠体的所述电极组的厚度之和。2.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组是堆叠型电极组，所述堆叠型电极组包括阴极板、阳极板以及布置在所述阴极板和所述阳极板之间的第一板形分隔物，在分隔板位于所述阴极板和所述阳极板之间的状态下，所述阴极板和所述阳极板基于所述平面在高度方向上堆叠。3.根据权利要求2所述的电极组堆叠体，其中，布置在所述堆叠型电极组之间的所述第二分隔物是单体式分隔片，所述分隔片覆盖所述堆叠型电极组的未形成有电极端子的侧部。4.根据权利要求3所述的电极组堆叠体，其中，所述分隔片布置成与所述堆叠型电极组的所述侧部紧密接触。5.根据权利要求4所述的电极组堆叠体，其中，所述堆叠型电极组中的具有最大堆叠表面面积的一个堆叠型电极组是S堆叠型电极组，所述S堆叠型电极组的最上面的电极和最下面的电极具有相同极性。6.根据权利要求5所述的电极组堆叠体，其中，所述S堆叠型电极组是SA堆叠型电极组，所述SA堆叠型电极组的最上面的电极和最下面的电极是阳极。7.根据权利要求5所述的电极组堆叠体，其中，所述S堆叠型电极组是SC堆叠型电极组，所述SC堆叠型电极组的最上面的电极和最下面的电极是阴极。8.根据权利要求4所述的电极组堆叠体，其中，所述堆叠型电极组中的具有最大堆叠表面面积的一个堆叠型电极组是D堆叠型电极组，所述D堆叠型电极组的最上面的电极和最下面的电极具有不同极性。9.根据权利要求8所述的电极组堆叠体，其中，所述D堆叠型电极组具有0.3mm的最小厚度。10.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述任意电极组是具有最大堆叠表面面积的电极组。11.根据权利要求10所述的电极组堆叠体，其中，堆叠在具有最大堆叠表面面积的所述电极组上的电极组满足以下方程式(2): Ta = nXTb (2) 其中，Ta和Tb表示从堆叠在具有最大堆叠表面面积的所述电极组上的电极组中选择的任意电极组，η表示自然数。12.根据权利要求11所述的电极组堆叠体，其中，所述任意电极组包括S堆叠型电极组、D堆叠型电极组、或所述S堆叠型电极组和所述D堆叠型电极组的组合。13.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述阴极具有阴极浆料层，所述阴极浆料层仅形成在所述阴极的面对所述阳极的区域处。14.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述阳极具有阳极浆料层，所述阳极浆料层仅形成在所述阳极的面对所述阴极的区域处。15.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组堆叠体具有5.5mm的最大厚度。16.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，在所述电极组之间的界面处彼此相对的电极中的具有较大相对面积的电极是阳极。17.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，在所述电极组之间的界面处彼此相对的电极中的具有较大相对面积的电极是阴极。18.根据权利要求2所述的电极组堆叠体，其中，所述堆叠型电极组包括第一单元单体，所述第一单元单体被构造为具有如下结构，即:其中阴极板、阳极板和多个分隔板在堆叠的同时被层压，使得所述阴极板或所述阳极板以及所述分隔板中的一个分隔板位于所述堆叠型电极组的最外侧。19.根据权利要求18所述的电极组堆叠体，其中，所述堆叠型电极组包括第二单元单体，所述第二单元单体被构造为具有如下结构，即:其中阴极板、阳极板和多个分隔板在堆叠的同时被层压，使得所述分隔板位于所述堆叠型电极组的最外侧。20.根据权利要求18所述的电极组堆叠体，其中，所述分隔板中的一个分隔板构成第二分隔物。21.根据权利要求19所述的电极组堆叠体，其中，所述分隔板中的一个分隔板构成第二分隔物。22.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组基于具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组在所述高度方向上以及在与所述高度方向相反的方向上堆叠。23.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组的数目是偶数。24.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组的数目是奇数。25.一种锂二次电池，包括根据权利要求1至24中的任一项所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组堆叠体安装在电池外壳中。26.根据权利要求25所述的锂二次电池，其中，所述电池外壳由层压片或金属容器形成，所述层压片包括树脂层和金属层。27.根据权利要求25所述的锂二次电池，其中，所述电池外壳设置有接纳部，所述接纳部具有与所述电极组堆叠体的外部结构对应的内部结构。28.根据权利要求25所述的锂二次电池，其中，所述锂二次电池是锂离子电池。29.根据权利要求25所述的锂二次电池，其中，所述锂二次电池是锂聚合物电池。30.根据权利要求25所述的锂二次电池，其中，所述锂二次电池是锂离子聚合物电池。
【专利摘要】根据本发明的电极组层压体包括：电极组，每一个电极组具有正电极、负电极和置于正电极和负电极之间的第一分离膜；和置于电极组之间的第二分离膜，其中电极组相对于一平坦表面在高度方向上堆叠，并且电极组中的部分或所有电极组在电极组之间的边界处具有面积不同且彼此面对的堆叠表面，所述堆叠表面满足以下公式1。在公式T≥(Tsum×0.5)(1)中，T是任意电极组的厚度，并且Tsum是形成电极组的层压体的各个电极组的厚度之和。
【IPC分类】H01M10/04, H01M10/0525, H01M4/70, H01M2/02
【公开号】CN104885284
【申请号】CN201380067784
【发明人】权盛振, 金基雄, 金东明
【申请人】株式会社Lg化学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年3月15日
【公告号】EP2933865A1, EP2933865A4, WO2014137018A1
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种安装在二次电池的电池外壳中的电极组堆叠体，并且更加具体地涉及一种阶梯型电极组堆叠体。
【背景技术】
[0002]随着信息技术(IT)的显著的发展，很多种便携式信息通信装置已经得到普及。结果，在21世纪，我们正在迈向一个无所不在的社会，其中无论时间和地点如何，高质量信息服务是可能的。
[0003]对于实现这种无所不在的社会而言，锂二次电池是非常重要的。
[0004]特别地，能够充电和放电的锂二次电池已经广泛地用作无线移动装置的能源。另夕卜，锂二次电池还已经用作电动车辆和混合电动车辆的能源，已经为了解决由使用化石燃料的现有汽油和柴油车辆引起的问题诸如空气污染而提出了电动车辆和混合电动车辆。
[0005]因为如上所述锂二次电池能够应用于此的装置是多样化的，所以锂二次电池也已经是多样化的，使得锂二次电池能够提供适合于锂二次电池应用于此的装置的功率和容量。另外，对于减小锂二次电池的尺寸和重量存在强烈的需要。
[0006]根据相应产品的尺寸和重量的减小，小型移动装置诸如移动电话、个人数字助理(PDA)、数字照相机和膝上型计算机为每一个装置使用一个或几个小型、轻质的电池单体。
[0007]另一方面，中型或者大型装置诸如电动自行车、电动摩托车、电动车辆和混合电动车辆使用具有相互电连接的多个电池单体的中型或者大型电池模块(中型或者大型电池组)，因为对于中型或者大型装置而言，高功率和大容量是必要的。
[0008]电池模块的尺寸和重量与相应的中型或者大型装置的电池模块安装空间和功率直接相关。因此，制造商正在努力制造小的并且轻质的电池模块。
[0009]基于它们的形状分类的柱形电池单体、棱形电池单体和袋形电池单体被用作电池模块或者电池组的单元单体。在这些电池当中，能够以高集成度堆叠、具有高的单位重量能量密度、是廉价的并且能够容易地修改的袋形电池单体已经吸引了相当大的关注。
[0010]图1A和IB是典型地示出常规的代表性袋形二次电池的总体结构的分解透视图。
[0011]参考图1A，袋形二次电池10包括:电极组件20，电极组件20具有从电极组件20突出的多个电极接线片21和22 ;分别地连接到电极接线片21和22的两条电极引线30和31 ;和电池外壳40，电池外壳40用于在密封状态下接纳电极组件20，使得电极引线30和31的部分从电池外壳40向外暴露。
[0012]电池外壳40包括:具有电极组件20位于其中的凹陷的接纳部41的下壳42 ;和用于覆盖下壳42使得电极组件20被密封在电池外壳40中的上壳43。
[0013]上壳43和下壳42在其中电极组件20安装在其中的状态下通过热焊接相互连接，以形成上端密封部44、侧密封部45和46和下端密封部47。
[0014]如在图1A中所示，上壳43和下壳42可以构造成独立的构件。如在图1B中所示，在另一方面，上壳43的一端可以一体地形成在下壳42的相应端处，使得上壳43和下壳42可以以铰接方式相互连接。
[0015]另外，如在图1A和IB中所示，袋形电池单体构造为具有这样的结构，其中由电极接线片和连接到电极接线片的电极引线构成的电极端子形成在堆叠型电极组件的一端处。可替代地，构造为具有其中电极端子在电极组件的一端和另一端处形成的结构的袋形电池单体也可以使用以上方法制造。
【发明内容】
[0016]技术问题
[0017]如在图1A和IB中所示，电极组件通常制造为具有近似长方体结构。电极组件安装在电池外壳中，以制造具有长方体结构的袋形电池单体。多个这样的袋形电池单体被堆叠以构成具有长方体结构的电池组。
[0018]然而，具有长方体结构的电池单体或者具有长方体结构的电池组应用于此的装置通常并非以长方体的形状形成。
[0019]例如，智能手机的侧部可以是弯曲的以改进握持性。
[0020]然而，在其中具有长方体结构的电池单体或者具有长方体结构的电池组安装在设计为具有这种弯曲部分的装置中的情形中，装置的空间利用可降低。
[0021]即，装置的弯曲部分具有其中不能安装电池单体或者电池组的死空间。最终，这种死空间降低了单位体积的装置容量。
[0022]因此，已经作出本发明用于解决以上问题，并且本发明的一个目的在于提供一种能够最大化地提高单位体积的装置容量的阶梯型电极组堆叠体和一种包括该阶梯型电极组堆叠体的锂二次电池单体。
[0023]本发明的另一个目的在于提供一种阶梯型电极组堆叠体，该阶梯型电极组堆叠体如此构造，使得在阶梯型电极组堆叠体的大规模生产期间产生的过程困难最小化，由此提高阶梯型电极组堆叠体的产量。
[0024]技术方案
[0025]根据本发明的一个方面，能够通过提供一种电极组堆叠体实现以上和其它目的，该电极组堆叠体包括:多个电极组，所述多个电极组中的每一个电极组包括阴极、阳极和布置在阴极和阳极之间的第一分隔物；和第二分隔物，该第二分隔物布置在电极组之间，其中电极组基于一平面在高度方向上堆叠，所述电极组中的一些或者所有电极组在其间的堆叠界面处具有不同的相对堆叠表面面积，并且电极组堆叠体包括满足以下方程式(I)的电极组:T彡(TsumX0.5) (I)，其中T表示任意电极组的厚度，并且Tsum表示构成该电极组堆叠体的电极组的厚度之和。
[0026]任意电极组可以意味着从构成该电极组堆叠体的电极组中选择的任意一个电极组。例如，任意电极组可以是具有最大的堆叠表面面积的堆叠型电极组。
[0027]阴极可以构造为具有其中阴极浆料层形成在阴极集电器上的结构。
[0028]阴极可以具有仅形成在阴极的面对阳极的区域处的阴极浆料层。
[0029]阴极的面对阳极的表面可以是阴极集电器的一个主表面或者每一个主表面。
[0030]阴极可以是板形阴极，即阴极板。阴极板可以具有直角角部或者弯曲角部。例如，以长方体的形状形成的阴极板的所有的角部可以是直角。可替代地，阴极板的角部中的至少一个角部可以是弯曲的。
[0031]在其中阴极板的角部中的至少一个角部是如上所述弯曲的情形中，当电极组堆叠体跌落时施加到阴极板的弯曲角部的冲击减小，由此改进安全性。
[0032]单侧阴极板可以具有87至92 μ m的最大厚度。该单侧阴极板可以具有70至74 μ m的最小厚度。在此情形中，阴极浆料的加载水平可以是16mg/cm2至22mg/cm2。
[0033]双侧阴极板可以具有128至133 ym的最大厚度。该双侧阴极板可以具有91至99 μm的最小厚度。在此情形中，阴极楽料的加载水平可以是32mg/cm2至44mg/cm2。
[0034]单侧阴极板的阴极集电器的厚度可以大于双侧阴极板的阴极集电器的厚度。单侧阴极板的阴极集电器的厚度与双侧阴极板的阴极集电器的厚度之比可以是2.5:1至1.5:1o
[0035]在其中单侧阴极板的阴极集电器的厚度大于双侧阴极板的阴极集电器的厚度的情形中，能够在单侧阴极被辊压时最小化单侧阴极的弯曲。
[0036]结果，可以提尚广量和制造效率。
[0037]阳极可以构造为具有其中阳极浆料层形成在阳极集电器上的结构。
[0038]阳极可以具有仅在阳极的面对阴极的区域处形成的阳极浆料层。阳极的面对阴极的表面可以是阳极集电器的一个主表面或每一个主表面。
[0039]阳极可以是板形阳极，即阳极板。阳极板可以具有直角角部或者弯曲角部。例如，以长方体的形状形成的阳极板的所有的角部可以是直角。可替代地，阳极板的角部中的至少一个角部可以是弯曲的。
[0040]在其中阳极板的角部中的至少一个角部是如上所述弯曲的情形中，当电极组堆叠体跌落时施加到阳极板的弯曲角部的冲击减小，由此改进安全性。
[0041]单侧阳极板可以具有86至91 μπι的最大厚度。单侧阳极板可以具有67至70 μm的最小厚度。在此情形中，阳极楽料的加载水平可以是7.7mg/cm2至10.5mg/cm2。
[0042]双侧阳极板可以具有139至149 μ m的最大厚度。双侧阳极板可以具有101至
108μπι的最小厚度。在此情形中，阳极楽料的加载水平可以是15.4mg/cm2至21mg/cm2。
[0043]单侧阳极板的阳极集电器的厚度可以大于双侧阳极板的阳极集电器的厚度。单侧阳极板的阳极集电器的 厚度与双侧阳极板的阳极集电器的厚度之比可以是2.5:1至1.5:1o
[0044]在其中单侧阳极板的阳极集电器的厚度大于双侧阳极板的阳极集电器的厚度的情形中，能够在单侧阳极被棍压时最小化单侧阳极的弯曲。
[0045]结果，可以提尚广量和制造效率。
[0046]第一分隔物可以是板形分隔物，即分隔板。
[0047]电极组中的每一个电极组可以是堆叠型电极组，该堆叠型电极组包括阴极板、阳极板以及布置在阴极板和阳极板之间的第一板形分隔物，阴极板和阳极板在其中分隔板处于阴极板和阳极板之间的状态下基于平面在高度方向上堆叠。
[0048]在以上说明中，平面可以是任何平面。例如，平面可以是地面或者垂直于地面的平面。
[0049]电极板可以在重力的方向上或者在重力的相反方向上堆叠。
[0050]例如，在以上说明中的表述“电极板基于平面在高度方向上堆叠”可以意味着电极板可以在重力的方向上或者在重力的相反方向上从地面堆叠。
[0051]这同样地应用于其中电极板基于平面在与高度方向相反的方向上堆叠的情形。
[0052]设置在堆叠型电极组之间的第二分隔物可以是分隔片。
[0053]分隔片可以定义为这样的分隔物，该分隔物设置在阴极板和阳极板之间以将阴极和阳极相互隔离，并且同时具有足够的长度以覆盖阴极板的不形成有阴极端子的侧部或者阳极板的不形成有阳极端子的侧部。
[0054]分隔片可以覆盖堆叠型电极组的不形成有电极端子的侧部。
[0055]即，分隔片可以以预定距离与构成阶梯型结构的台阶间隔开。即，分隔片可以不与构成阶梯型结构的台阶中的每一个台阶的外周紧密接触。
[0056]在此情形中，可能难以沿着锂二次电池安装在其中的装置的弯曲部分的曲率形成包括根据本发明的电极组堆叠体的锂二次电池的外周。
[0057]优选地，分隔片设置成与堆叠型电极组的侧部、特别地构成阶梯型结构的各个台阶的外周紧密接触。
[0058]分隔片可以具有5 至 300 μm、5 至 200 μm、5 至 100 μm、5 至 50 μm、5 至 30 μm、5至24μπι、5至20μπι，或者10至20 μπι的厚度。随着分隔片的厚度降低，电极组堆叠体的放电容量增加。
[0059]以上条件同样地应用于分隔板。
[0060]因为分隔片的厚度是非常小的，所以不易于实现在分隔片和构成阶梯型结构的各个台阶的外周之间的紧密接触。
[0061]根据本发明，分隔片可以被切割和/或加热，使得分隔片紧密接触构成阶梯型结构的各个台阶的外周。即，分隔片可以紧密接触电极组的侧部。
[0062]分隔片可以设置在阴极和阳极之间，同时覆盖电极组的侧部以与反复性的充电和放电无关地可靠地维持在电极组和分隔片之间的界面接触。
[0063]在分隔片的卷绕期间产生的张力可以提供压力以实现在电极组和分隔片之间的紧密界面接触。
[0064]分隔片可以覆盖堆叠体的外周的一部分或者全部。
[0065]分隔片的端部可以通过热焊接或者胶接来固定。
[0066]电极组的数目可以是偶数。
[0067]电极组的数目可以是奇数。
[0068]电极组可以基于平面在高度方向上堆叠。电极组中的一些或者所有电极组可以在其间的堆叠界面处具有不同的相对堆叠表面面积。
[0069]如在前描述地，该平面可以是任何平面。例如，该平面可以是地面或者垂直于地面的平面。电极组中的一个电极组可以是具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组。
[0070]电极组可以基于具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组在高度方向上以及在与高度方向相反的方向上堆叠。在此情形中，电极组可以对称地或者非对称地堆叠。
[0071]在其间的堆叠界面处具有不同的相对堆叠表面面积的电极组可以形成台阶或者阶梯型结构。
[0072]在其中具有不同的堆叠表面面积的η个电极组被堆叠的情形中，阶梯型结构可以具有η个台阶，其中η是等于或者大于2的自然数，并且可以考虑到装置的容量或者装置的外周的曲率地适当地调节。
[0073]具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组可以是S堆叠型电极组，所述S堆叠型电极组的最上电极和最下电极具有相同极性。
[0074]所述S堆叠型电极组可以是SA堆叠型电极组，所述SA堆叠型电极组的最上电极和最下电极是阳极。
[0075]所述S堆叠型电极组可以是SC堆叠型电极组，所述SC堆叠型电极组的最上电极和最下电极是阴极。
[0076]具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组可以是D堆叠型电极组，所述D堆叠型电极组的最上电极和最下电极具有不同极性。
[0077]D堆叠型电极组可以具有0.3mm的最小厚度。
[0078]具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组满足以上方程式(I)。
[0079]在其中分隔片被折叠或卷绕以制造根据本发明的非限制实施例的电极组堆叠体的情形中，偶数或奇数个堆叠型电极组可以以预定间隔布置在分隔片上。位于卷绕始点处的具有最大堆叠表面面积的电极组，即，具有最大面积的电极组，可以在其中利用在折叠过程期间使用的夹具固定该电极组的状态下从卷绕始点到卷绕终点地被反复折叠或者卷绕。
[0080]夹具可以是用于当分隔片被折叠或者卷绕时保持电极组的装置，诸如夹子。
[0081]在分隔片的折叠或者卷绕期间具有最大面积的电极组从夹具分离的情形中，产量或者制造效率可能降低。因此，夹具可以向具有最大面积的电极组施加均匀的作用力。
[0082]如果具有最大面积的电极组的厚度小于电极组的厚度的总和的50%，则具有最大面积的该电极组可能被施加于此的作用力破坏。
[0083]根据本发明的另一个方面，堆叠在具有最大堆叠表面面积的电极组上的电极组满足方程式(2):Ta = nXTb (2)，其中Ta和Tb表示从堆叠在具有最大堆叠表面面积的电极组上的电极组中选择的任意电极组，并且η示意自然数。
[0084]任意电极组可以包括S堆叠型电极组、D堆叠型电极组、或者S堆叠型电极组和D堆叠型电极组的组合。
[0085]在电极组之间的界面处彼此相对的电极中的具有较大的相对面积的一个电极可以是阳极。在此情形中，如与在其中在电极组之间的界面处彼此相对的电极中的具有较大的相对面积的电极是阴极的情形中相比较，能够最小化在电极组堆叠体的充电期间的枝晶生长。
[0086]可替代地，在电极组之间的界面处彼此相对的电极中的具有较大的相对面积的电极可以是阴极。
[0087]堆叠型电极组可以包括第一单元单体，所述第一单元单体构造为具有这样的结构，其中阴极板、阳极板和分隔板在堆叠的同时被层压，使得阴极板或者阳极板以及分隔板中的一个分隔板位于堆叠型电极组的最外侧。
[0088]堆叠型电极组可以包括第二单元单体，所述第二单元单体构造为具有这样的结构，其中阴极板、阳极板和分隔板在堆叠的同时被层压，使得分隔板位于堆叠型电极组的最外侧。
[0089]例如，第一单元单体可以构造为具有其中阴极板、分隔板、阳极板和分隔板被层压在一起同时被顺序地堆叠的结构，或者其中阳极板、分隔板、阴极板和分隔板被层压在一起同时被顺序地堆叠的结构。
[0090]堆叠型电极组可以包括第三单元单体，所述第三单元单体构造为具有这样的结构，其中，在其中分隔板设置在阴极板和阳极板之间的状态下，阴极板、阳极板和分隔板在堆叠的同时被层压，使得阴极板和阳极板位于堆叠型电极组的最外侧。
[0091]堆叠型电极组可以包括第四单元单体，所述第四单元单体构造为具有这样的结构，其中阴极板或者阳极板与分隔板在堆叠的同时被层压。
[0092]堆叠型电极组可以构造为具有其中仅第一单元单体被堆叠的结构、其中仅第二单元单体被堆叠的结构、其中仅第三单元单体被堆叠的结构、其中仅第四单元单体被堆叠的结构，或者其中第一、第二、第三和第四单元单体被组合的结构。
[0093]第二单元单体可以堆叠在第一单元单体的最上端或者最下端处。
[0094]在其中仅第二单元单体被堆叠的结构中，阴极板或者阳极板可以设置在第二单元单体之间。
[0095]用于更加可靠地维持阴极板、分隔板和阳极板的堆叠结构的固定构件可以添加到第一单元单体到第四单元单体。
[0096]固定构件可以是不同于第一单元单体到第四单元单体的、另外的外部部件。固定构件可以是用于覆盖每一个单元单体的外侧的一部分或者全部的 胶带或者粘带。
[0097]每一个单元单体的外侧可以包括侧部、顶部、前部和后部。
[0098]固定构件可以是构成每一个单元单体的分隔板的一部分。在此情形中，分隔板的端部可以被热焊接以固定每一个单元单体。
[0099]分隔板的端部可以延伸，使得分隔板具有大于阴极板和阳极板的尺寸，即水平长度或者竖直长度的长度。分隔物的延伸端部可以通过热焊接相互连接。
[0100]固定构件不限于上述构造。例如，固定构件可以包括能够固定第一单元单体或者第二单元单体的所有构件。
[0101]如与构造为具有其中阴极板、阳极板和分隔板被简单地堆叠的结构的堆叠型电极组相比较，在其中堆叠型电极组构造为包括第一单元单体和第二单元单体的情形中，能够提高生产率和产量。
[0102]另外，阴极板、分隔板和阳极板以第一单元单体为单位层压，并且因此能够最小化由于隆起引起的、堆叠型电极组的体积膨胀。
[0103]在其中堆叠型电极组构造为包括第一单元单体和第二单元单体的情形中，能够防止在折叠过程期间引起的电极组的错位并且省略加工设备。而且，能够使用仅一个层压器形成第一单元单体或者第二单元单体。另外，能够通过简单的堆叠制造堆叠型电极组。因此，在折叠过程期间引起的、对于电极的损坏可以减轻并且电解质可湿性可以得到改进。此夕卜，单侧有机和无机复合分隔物，例如安全性增强分隔物(SRS)，可以被用作向外侧暴露的分隔板。因此，胞厚度可以降低，并且同时加工成本可以减小。
[0104]根据本发明的电极组堆叠体具有5.5mm的最大厚度。
[0105]上述特征的各种组合落入本发明的范围中。
[0106]根据本发明进一步的方面，提供一种包括带有上述构造的电极组堆叠体的锂二次电池，其中电极组堆叠体安装在电池外壳中。
[0107]电池外壳可以由层压片或者金属容器形成，该层压片包括树脂层和金属层。
[0108]电池外壳可以设置有接纳部，该接纳部具有对应于电极组堆叠体的外部结构的内部结构。
[0109]锂二次电池可以是锂离子电池、锂聚合物电池、或者锂离子聚合物电池。
[0110]锂二次电池可以被用作选自组的装置的电源:移动电话、便携式计算机、智能手机、智能垫、上网本计算机、轻型电动车辆(LEV)、电动车辆、混合电动车辆、插电式混合电动车辆和电力存储装置，然而本发明不限于此。
[0111]电池单体的结构和制造电池单体的方法或者装置的结构和制造装置的方法是本发明所属技术领域中的普通技术人员熟知的，并且因此将省略其详细说明。
【附图说明】
[0112]根据与附图相结合的以下详细说明，将更加清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优势，其中:
[0113]图1A和图1B是示出常规的代表性袋形二次电池的分解透视图；
[0114]图2和图3是典型地示出构成根据本发明的堆叠型电极组的电极板和分隔板的透视图和竖直截面视图；
[0115]图4和图5是典型地示出构造为具有其中最上电极板和最下电极板具有不同极性的结构的堆叠型电极组的竖直截面视图；
[0116]图6是典型地示出构造为具有其中最上电极板和最下电极板具有相同极性的结构的堆叠型电极组的竖直截面视图；
[0117]图7是典型地示出根据本发明的非限制性实施例的电极组堆叠体的截面视图；
[0118]图8是典型地示出图7的电极组堆叠体的展开视图；
[0119]图9是示出根据本发明的非限制性实施例的第一单元单体的结构的截面视图；
[0120]图10是示出根据本发明的非限制实施例的第二单元单体的结构的截面视图；
[0121]图11是示出包括图9的第一单元单体和图10的第二单元单体的堆叠型电极组的结构的截面视图；
[0122]图12A和图12B是示出图9的第一单元单体的固定结构的典型视图；
[0123]图13是典型地示出制造根据本发明的非限制性实施例的第一单元单体的过程的视图；并且
[0124]图14是典型地示出具有两个台阶的阶梯型结构的视图。
【具体实施方式】
[0125]现在，将参考附图详细描述本发明的优选实施例。然而，应该指出，本发明的范围不受所示意的实施例限制。
[0126]在图2和3中典型地示出了构成根据本发明的电极组的阴极板130、阳极板170和分隔板150。参考图2和3，阴极板130构造为具有其中阴极浆料132施加到阴极集电器136的结构，并且阳极板170构造为具有其中阳极浆料172施加到阳极集电器176的结构。
[0127]在图2的阴极板130中，阴极浆料132施加到阴极集电器136的顶部和底部。在图2的阳极板170中，阳极浆料172施加到阳极集电器176的顶部和底部。
[0128]图2和3的阴极板130和阳极板170以具有总长度L1、总宽度SI和总高度H的长方体的形状形成。
[0129]图4到6是典型地示出堆叠型电极组300和400的竖直截面视图，该堆叠型电极组300和400构造为具有这样的结构，其中图3的阴极板130和阳极板170在其中分隔板150设置在阴极板130和阳极板170之间的状态下基于平行于堆叠平面的平面沿着高度方向交替地堆叠。
[0130]在图4和图5的堆叠型电极组210、220、230、240和250中，最上电极板和最下电极板具有不同的极性。
[0131]另一方面，在图6的堆叠型电极组310、320和330中，最上电极板和最下电极板具有相同的极性。
[0132]在堆叠型电极组220、250和330中的每一个电极组的最下阴极板的、面对堆叠在该最下阴极板上方的阳极板的仅一个主表面处形成阴极浆料层。
[0133]图7是示出根据本发明的非限制性实施例的电极组堆叠体的竖直截面视图。
[0134]构成图7所示的电极组堆叠体500的电极组可以包括图4到6的堆叠型电极组的组合。
[0135]参考图7，具有不同面积的堆叠型电极组400A、300B、300D、300F和300H被堆叠。在堆叠型电极组400A和300B之间的界面处形成台阶。另外，还在堆叠型电极组300D和300H之间的界面处形成另一台阶。
[0136]堆叠型电极组400A的厚度等于堆叠型电极组400A、300B、300D、300F和300H的高度的总和的60%。
[0137]堆叠型电极组300B、300D、300F和300H具有相同的厚度。
[0138]分隔片覆盖堆叠型电极组400A、300B、300D、300F和300H的侧部。另外，分隔片覆盖电极组堆叠体500的外周边。分隔片的端部通过胶接(taping)来固定。
[0139]图8是典型地示出图7的电极组堆叠体的展开视图。
[0140]参考图8，具有最大面积和厚度的电极组400A设置在分隔片的左边缘上，分隔片的卷绕在分隔片的左边缘处开始。具有比电极组400A更小的面积的电极组300B在其中电极组300B以预定距离与电极组400A间隔开的状态下沿着卷绕方向设置在分隔片上。具有比电极组300B更小的面积的电极组300D在其中电极组300D以预定距离与电极组300B间隔开的状态下沿着卷绕方向设置在分隔片上。具有比电极组300D更小的面积的电极组300F在其中电极组300F以预定距离与电极组300D间隔开的状态下沿着卷绕方向设置在分隔片上。具有比电极组300F更小的面积的电极组300H在其中电极组300H以预定距离与电极组300F间隔开的状态下沿着卷绕方向设置在分隔片上。
[0141]图9是典型地示出第一单元单体的结构的截面视图，并且图10是典型地示出第二单元单体的结构的截面视图。
[0142]如在图9中所示，第一单元单体被构造为具有这样的结构，其中，分隔板310、阴极板320、分隔板330和阳极板340在被顺序地堆叠的同时层压在一起。
[0143]如在图10中所示，第二单元单体被构造为具有这样的结构，其中，分隔板410、阳极板420和分隔板430在被顺序地堆叠的同时被层压的结构。
[0144]图11示出构造为具有其中图10的第二单元单体堆叠在由第一单元单体构成的第一单元单体堆叠体的最上端上的结构的堆叠型电极组，所述第一单元单体中的一个在图9中示出。
[0145]图12A和图12B示出其中固定构件T1被添加到图9的第一单元单体的实施例。具体地，固定构件1\被添加到第一单元单体300的侧 部或前部。
[0146]为了确保简单堆叠结构的堆叠稳定性，可以将另外的固定构件添加到堆叠结构的一侧，以固定该堆叠结构。固定构件可以实现为如在图12A中所示的围绕第一单元单体300的整个表面的胶带！\。可替代地，固定构件可以实现为如在图12B中所示的固定第一单元单体300的仅每一侧部的固定构件T2。
[0147]图13是典型地示出制造根据本发明的第一单元单体的过程的视图。
[0148]如在图13中所示，用于分隔板310、阴极板320、分隔板330和阳极板340的材料被同时地加载(使用薄板型加载单元)。用于用作中间层的阴极板320的材料被切割成设计尺寸，并且然后被加载到层压器LjP L2中。随后，设置在用于阴极板320的材料的下方和上方的、用于分隔板310和330的材料被同时地加载到层压器1^和L2中。同时，用于阳极板340的材料被加载到层压器LjP L 2中。
[0149]随后，层压器LjP L 2使用热和压力形成其中该两个电极板和该两个分隔板被层压到彼此的结构体，即第一单元单体。随后，刀具C3将该结构体切割成多个第一单元单体。然后，可以关于每一个第一单元单体执行各种检查过程，诸如厚度检查(a)、视觉检查(b)和短路检查(C)。
[0150]随后，使用固定构件固定如上所述地制造的每一个第一单元单体，并且堆叠第一单元单体以构成其中第一单元单体被堆叠的结构体。随后，将图10所示的第二单元单体堆叠在该结构体上，并且然后使用固定构件将第二单元单体和该结构体固定，由此完成堆叠型电极组。
[0151]图14是典型地示出具有两个台阶的阶梯型结构的视图。
[0152]虽然已经为了示意性的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员可以理解，在不偏离如在所附权利要求中所公开的本发明的范围和精神的情况下，各种改型、添加和替代都是可能的。
[0153]工业适用性
[0154]如根据以上说明清楚地，根据本发明的电极组堆叠体包括基于装置的弯曲部分的曲率改变的阶梯型结构。因此，不象常规的电极组堆叠体那样，本发明具有通过利用在装置中限定的死空间而增加每单位体积的装置容量的效果。
[0155]另外，根据本发明的电极组堆叠体在无过程困难的情况下以高产量制造，由此提高了过程效率和价格竞争性。
【主权项】
1.一种电极组堆叠体，包括: 多个电极组，所述多个电极组中的每一个电极组包括阴极、阳极以及布置在所述阴极和所述阳极之间的第一分隔物；和 第二分隔物，所述第二分隔物布置在所述电极组之间， 其中: 所述电极组基于一平面在高度方向上堆叠， 在所述电极组中的一些或者所有电极组之间的堆叠界面处具有不同的相对堆叠表面面积，并且 所述电极组堆叠体包括满足以下方程式(I)的电极组: T ^ (TsumX 0.5) (I) 其中，T表示任意电极组的厚度，Tsum表示构成所述电极组堆叠体的所述电极组的厚度之和。2.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组是堆叠型电极组，所述堆叠型电极组包括阴极板、阳极板以及布置在所述阴极板和所述阳极板之间的第一板形分隔物，在分隔板位于所述阴极板和所述阳极板之间的状态下，所述阴极板和所述阳极板基于所述平面在高度方向上堆叠。3.根据权利要求2所述的电极组堆叠体，其中，布置在所述堆叠型电极组之间的所述第二分隔物是单体式分隔片，所述分隔片覆盖所述堆叠型电极组的未形成有电极端子的侧部。4.根据权利要求3所述的电极组堆叠体，其中，所述分隔片布置成与所述堆叠型电极组的所述侧部紧密接触。5.根据权利要求4所述的电极组堆叠体，其中，所述堆叠型电极组中的具有最大堆叠表面面积的一个堆叠型电极组是S堆叠型电极组，所述S堆叠型电极组的最上面的电极和最下面的电极具有相同极性。6.根据权利要求5所述的电极组堆叠体，其中，所述S堆叠型电极组是SA堆叠型电极组，所述SA堆叠型电极组的最上面的电极和最下面的电极是阳极。7.根据权利要求5所述的电极组堆叠体，其中，所述S堆叠型电极组是SC堆叠型电极组，所述SC堆叠型电极组的最上面的电极和最下面的电极是阴极。8.根据权利要求4所述的电极组堆叠体，其中，所述堆叠型电极组中的具有最大堆叠表面面积的一个堆叠型电极组是D堆叠型电极组，所述D堆叠型电极组的最上面的电极和最下面的电极具有不同极性。9.根据权利要求8所述的电极组堆叠体，其中，所述D堆叠型电极组具有0.3mm的最小厚度。10.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述任意电极组是具有最大堆叠表面面积的电极组。11.根据权利要求10所述的电极组堆叠体，其中，堆叠在具有最大堆叠表面面积的所述电极组上的电极组满足以下方程式(2): Ta = nXTb (2) 其中，Ta和Tb表示从堆叠在具有最大堆叠表面面积的所述电极组上的电极组中选择的任意电极组，η表示自然数。12.根据权利要求11所述的电极组堆叠体，其中，所述任意电极组包括S堆叠型电极组、D堆叠型电极组、或所述S堆叠型电极组和所述D堆叠型电极组的组合。13.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述阴极具有阴极浆料层，所述阴极浆料层仅形成在所述阴极的面对所述阳极的区域处。14.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述阳极具有阳极浆料层，所述阳极浆料层仅形成在所述阳极的面对所述阴极的区域处。15.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组堆叠体具有5.5mm的最大厚度。16.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，在所述电极组之间的界面处彼此相对的电极中的具有较大相对面积的电极是阳极。17.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，在所述电极组之间的界面处彼此相对的电极中的具有较大相对面积的电极是阴极。18.根据权利要求2所述的电极组堆叠体，其中，所述堆叠型电极组包括第一单元单体，所述第一单元单体被构造为具有如下结构，即:其中阴极板、阳极板和多个分隔板在堆叠的同时被层压，使得所述阴极板或所述阳极板以及所述分隔板中的一个分隔板位于所述堆叠型电极组的最外侧。19.根据权利要求18所述的电极组堆叠体，其中，所述堆叠型电极组包括第二单元单体，所述第二单元单体被构造为具有如下结构，即:其中阴极板、阳极板和多个分隔板在堆叠的同时被层压，使得所述分隔板位于所述堆叠型电极组的最外侧。20.根据权利要求18所述的电极组堆叠体，其中，所述分隔板中的一个分隔板构成第二分隔物。21.根据权利要求19所述的电极组堆叠体，其中，所述分隔板中的一个分隔板构成第二分隔物。22.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组基于具有最大堆叠表面面积的堆叠型电极组在所述高度方向上以及在与所述高度方向相反的方向上堆叠。23.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组的数目是偶数。24.根据权利要求1所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组的数目是奇数。25.一种锂二次电池，包括根据权利要求1至24中的任一项所述的电极组堆叠体，其中，所述电极组堆叠体安装在电池外壳中。26.根据权利要求25所述的锂二次电池，其中，所述电池外壳由层压片或金属容器形成，所述层压片包括树脂层和金属层。27.根据权利要求25所述的锂二次电池，其中，所述电池外壳设置有接纳部，所述接纳部具有与所述电极组堆叠体的外部结构对应的内部结构。28.根据权利要求25所述的锂二次电池，其中，所述锂二次电池是锂离子电池。29.根据权利要求25所述的锂二次电池，其中，所述锂二次电池是锂聚合物电池。30.根据权利要求25所述的锂二次电池，其中，所述锂二次电池是锂离子聚合物电池。
【专利摘要】根据本发明的电极组层压体包括：电极组，每一个电极组具有正电极、负电极和置于正电极和负电极之间的第一分离膜；和置于电极组之间的第二分离膜，其中电极组相对于一平坦表面在高度方向上堆叠，并且电极组中的部分或所有电极组在电极组之间的边界处具有面积不同且彼此面对的堆叠表面，所述堆叠表面满足以下公式1。在公式T≥(Tsum×0.5)(1)中，T是任意电极组的厚度，并且Tsum是形成电极组的层压体的各个电极组的厚度之和。
【IPC分类】H01M10/04, H01M10/0525, H01M4/70, H01M2/02
【公开号】CN104885284
【申请号】CN201380067784
【发明人】权盛振, 金基雄, 金东明
【申请人】株式会社Lg化学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年3月15日
【公告号】EP2933865A1, EP2933865A4, WO2014137018A1
最新回复(0)