具有優(yōu)良電極突片連接性的電極組件、包括電極組件的電池單元和裝置及制造電極組件 ...的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種電極組件及其制造方法，該電極組件包括：被堆疊的電極本體，該電極本體包括至少一個(gè)陰極、至少一個(gè)陽(yáng)極和至少一個(gè)隔膜；以及多個(gè)陽(yáng)極電極突片和多個(gè)陰極電極突片，該多個(gè)陽(yáng)極電極突片和多個(gè)陰極電極突片用于將被堆疊的電極本體電連接，其中，電極突片被布置使得具有相同極性的電極突片電連接，其中，具有相同極性的電極突片的一部分被布置使得在相同的平面上沒(méi)有彼此重疊。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有優(yōu)良電極突片連接性的電極組件、包括電極組件的電池單元和裝置及制造電極組件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在電極突片之間具有優(yōu)良的連接性的電極組件以及包括該電極組件的電池單元和裝置，以及一種制造該電極組件的方法，并且更特別地，涉及一種電極組件和分別包括該電極組件的電池單元和裝置，以及一種制造該電極電池的方法，其中，在該電極組件中，通過(guò)布置具有相同極性的電極突片使得使得其中的一些在相同的平面上沒(méi)有彼此重疊而提高電極突片之間的連接性。
【背景技術(shù)】
[0002]由于與移動(dòng)裝置有關(guān)的技術(shù)的發(fā)展以及因而增加的需求，對(duì)二次電池的需求已經(jīng)快速地增加。在它們當(dāng)中，具有高能量密度高、高工作電壓并且具有優(yōu)良的維護(hù)性和壽命的鋰二次電池，通常不僅在各種移動(dòng)裝置中使用而且用作用于各種電子產(chǎn)品的能源。
[0003]通常，鋰二次電池被形成為具有密封電極組件的結(jié)構(gòu)并且電解質(zhì)被設(shè)置在電池殼體中，并且根據(jù)其外部形狀，鋰二次電池被分類(lèi)成柱狀電池、方形電池以及袋狀電池，并且根據(jù)電解質(zhì)的形式，鋰二次電池可以被分類(lèi)成鋰離子電池、鋰離子聚合物電池以及鋰聚合物電池。由于移動(dòng)裝置的小型化，對(duì)具有減少厚度的方形電池和袋狀電池的需求增加，并且特別地，其形狀能夠容易地改變并且具有小重量的袋狀電池備受關(guān)注。
[0004]另一方面，根據(jù)其形式，被包含在電池殼體中的電極組件可以被分類(lèi)成:果凍卷型結(jié)構(gòu)、堆疊型結(jié)構(gòu)以及堆疊和折疊結(jié)構(gòu)。通常，通過(guò)如下方法制造果凍卷型電極組件:使用電極活性材料來(lái)涂覆用作電流集電極的金屬箔，擠壓并且將金屬箔切割成具有所期寬度和長(zhǎng)度的帶，通過(guò)使用隔膜分隔陽(yáng)極和陰極，并且然后螺旋狀地纏繞所述帶。通過(guò)如下方法制造堆疊型電極組件:垂直地堆疊陽(yáng)極、隔膜和陰極。另一方面，通過(guò)如下方法制造堆疊和折疊型電極組件:使用連續(xù)的長(zhǎng)片型隔膜纏繞和折疊由單個(gè)電極或者陽(yáng)極/隔膜/陰極形成的電極堆。
[0005]另一方面，為了電氣連接，如上所述的電極組件包括，至少一個(gè)陽(yáng)極突片和至少一個(gè)陰極突片。最近，隨著被包括在電極組件中的電極的數(shù)目已經(jīng)增加，為了提供更高等級(jí)的容量，被包括在電極組件中的電極突片的數(shù)目也已經(jīng)增加。電極突片通常連接使得在被封裝到電池殼體中之前沒(méi)有短路。連接的電極突片被包含電極端子中，電極端子被包括在電池殼體中。為了容易地執(zhí)行如上所述的連接和封裝過(guò)程，通常，如圖1(b)所示，具有共同的極性的所有電極突片I被布置在平面上的共同位置中。然而，隨著被包括在電極組件的電極突片的數(shù)目增加，當(dāng)根據(jù)如上所述的通常方法布置電極突片時(shí)，因?yàn)殡姌O突片堆的厚度可能增加，所以不僅電極突片的連接性劣化，而且用于包含電極突片的電極端子的大小可能增加，從而損壞電池單元的設(shè)計(jì)形狀。
[0006]而且，在消耗大量的能量來(lái)連接大量的電極突片的情況下，過(guò)多的能量可能被傳輸?shù)阶罡呶恢弥械碾姌O突片，導(dǎo)致電極突片被燒毀或者造成其變形缺陷，諸如斷裂。另外，為了防止這種情況，當(dāng)減少用于連接電極突片的能量時(shí)，位于較低位置中的電極突片沒(méi)有完全地連接，并且可能分離或者剝離。圖14是圖示其中通過(guò)使用通常方法堆疊的十五個(gè)單元電池將電極突片連接到電極堆的狀態(tài)的照片。參考圖14，電極突片沒(méi)有正確連接，而是分離，并且一些被燒毀。這意味著，不能夠通過(guò)使用通常方法將電極突片完全地連接到具有大量電極的厚的電極組件。
[0007]因此，有必要開(kāi)發(fā)用于提高在具有大量的堆的電極組件中的電極突片之間的連接性，以及制造具有各種設(shè)計(jì)形狀的電池單元的技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]技術(shù)問(wèn)題
[0009]本發(fā)明的一方面提供一種電極組件及其制造方法，該電極組件通過(guò)減少被堆疊的電極突片的厚度而在電極突片之間具有優(yōu)良連接性。
[0010]技術(shù)方案
[0011 ] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電極組件，該電極組件包括:電極堆，該電極堆包括至少一個(gè)陽(yáng)極、至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)隔膜；以及多個(gè)陰極突片和多個(gè)陽(yáng)極突片，該多個(gè)陰極突片和該多個(gè)陽(yáng)極突片用于電連接電極堆。在該情況下，電極突片被布置以允許具有相同極性的電極突片彼此電連接，同時(shí)具有相同極性的電極突片的一部分被布置使得在相同的平面上沒(méi)有彼此重疊。
[0012]電極突片可以分別包括具有不同寬度的兩種或者更多種類(lèi)型的電極突片。例如，電極突片可以分別包括:具有相對(duì)較寬的寬度的至少一個(gè)第一電極突片、具有比第一電極突片的寬度窄的寬度并且被布置使得沒(méi)有彼此重疊的至少一個(gè)第二電極突片和至少一個(gè)第二電極突片。
[0013]另一方面，第二電極突片和第三電極突片的寬度之和可以比第一電極突片的寬度窄。
[0014]另一方面，電極堆可以包括具有不同面積的兩種或者更多種類(lèi)型的電極單元的組合。在該情況下，具有相對(duì)較大的面積的電極單元的陽(yáng)極和具有相對(duì)較小的面積的電極單元的陰極，可以在具有不同面積的電極單元之間的邊界表面處彼此面對(duì)。
[0015]另一方面，電極單元可以由單個(gè)電極；包括至少一個(gè)陰極、至少一個(gè)陽(yáng)極和至少一個(gè)隔膜的至少一個(gè)單元電池；或者其組合形成。在該情況下，單元電池是從由果凍卷型單元電池、堆疊型單元電池以及堆疊和折疊型單元電池中選擇的一個(gè)。
[0016]形成電極單元的單個(gè)電極和單元電池的部分或者整體被至少一個(gè)長(zhǎng)片型隔膜包圍。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種電池單元，其中，如上所述的根據(jù)本發(fā)明的電極組件被內(nèi)置到電池殼體中。在該情況下，電池單元可以是鋰離子二次電池單元和鋰離子聚合物二次電池單元中的一個(gè)。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種裝置，該裝置包括如上所述的一個(gè)或者更多個(gè)電池單元。在該情況下，裝置可以是蜂窩電話、便攜式計(jì)算機(jī)、智能電話、智能平板、筆記本計(jì)算機(jī)、輕型電動(dòng)車(chē)輛(LEV)、電動(dòng)車(chē)輛、混合電動(dòng)車(chē)輛、插電式混合電動(dòng)車(chē)輛、以及蓄電裝置中的一個(gè)。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造電極組件的方法，該電極組件包括:電極堆，該電極堆包括至少一個(gè)陽(yáng)極、至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)隔膜；以及多個(gè)陰極突片和多個(gè)陽(yáng)極突片，該多個(gè)陰極突片和該多個(gè)陽(yáng)極突片用于電連接電極堆，該方法包括:布置電極突片以允許具有相同極性的電極突片彼此電連接，同時(shí)布置具有相同極性的電極突片的一部分使得在相同的平面上沒(méi)有彼此重疊。該方法可以進(jìn)一步包括連接具有相同極性的電極的操作。在該情況下，可以通過(guò)使用超聲波連接方法、激光連接方法、電阻焊接方法以及其組合來(lái)執(zhí)行連接。
[0020]有益效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，因?yàn)楸欢询B的電極突片的厚度已經(jīng)被最小化，所以可以提高在具有大量的堆的電極組件中的電極突片之間的連接性，并且可以制造具有各種形狀的電池單元。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1(a)是圖示電極突片的通常布置的頂視圖；
[0023]圖1(b)是圖示電極突片的通常布置的截面圖；
[0024]圖2(a)是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極突片的布置的頂視圖；
[0025]圖2(b)是圖示在圖2(a)中示出的電極突片的布置的截面圖；
[0026]圖3以及圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極突片的各種布置的截面圖；
[0027]圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極堆的側(cè)視圖；
[0028]圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電極堆的側(cè)視圖；
[0029]圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電極堆的側(cè)視圖；
[0030]圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電極堆的側(cè)視圖；
[0031]圖9是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電極堆的側(cè)視圖；
[0032]圖10是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的被平放的電極堆的平面圖；
[0033]圖11是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的堆疊電極單元的示例的視圖；
[0034]圖12是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池單元的透視圖；
[0035]圖13是圖示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的電池單元的透視圖；以及
[0036]圖14是圖示通過(guò)使用通常方法形成的電極突片的連接狀態(tài)的照片。
【具體實(shí)施方式】
[0037]現(xiàn)在將參考附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。只不過(guò)為了提供本發(fā)明的徹底理解而提供下述附圖，并且該附圖僅圖示本發(fā)明的示例性實(shí)施例。本發(fā)明的范圍不限于此。而且，貫穿附圖，相同的附圖標(biāo)記指定相同的元件。一些元件可以被夸大、減少、或者省略以允許容易地理解本發(fā)明。
[0038]在本實(shí)施例中，提供一種電極組件，該電極組件包括:電極堆，該電極堆包括至少一個(gè)陽(yáng)極、至少一個(gè)陰極以及至少一個(gè)隔膜；以及多個(gè)陰極突片和多個(gè)陽(yáng)極突片，該多個(gè)陰極突片和該多個(gè)陽(yáng)極突片用于電連接電極堆，其中，電極突片被布置使得具有相同極性的電極突片彼此電連接，并且其一些在相同的平面上沒(méi)有彼此重疊。
[0039]在該情況下，“被布置成不允許具有相同極性的電極突片中的一些彼此重疊”意思是，“被布置使得，當(dāng)使在單個(gè)平面上的具有相同極性的電極突片突出，通常地突出到在水平方向上的電極組件的平面時(shí)，其一些沒(méi)有彼此重疊”。當(dāng)根據(jù)本實(shí)施例被布置成不允許電極突片中的一些彼此重疊時(shí)，盡管使用相同數(shù)目的電極突片，但是因?yàn)檫B接的厚度減少，所以防止由于被堆疊的電極突片的厚度增加而引起的連接性的劣化。只不過(guò)為了允許具有相同極性的電極突片保持其間的電連接，具有相同極性的電極突片的一部分可以彼此重疊。
[0040]另一方面，在本實(shí)施例中，電極突片可以包括具有不同寬度的兩種或者更多種類(lèi)型的電極突片。即，電極突片可以包括具有相對(duì)寬的寬度的電極突片和具有相對(duì)窄的寬度的電極突片。當(dāng)包括如上所述的具有不同寬度的兩種或者更多種類(lèi)型的電極突片時(shí)，在具有相同極性的電極突片中的電連接可以被保持，同時(shí)減少被堆疊的電極突片的厚度。
[0041]圖2至圖4圖示電極突片的布置的各種示例。參考圖2至圖4，電極突片可以包括具有相對(duì)寬的寬度的至少一個(gè)第一電極突片10、具有比第一電極突片10的寬度窄的寬度的至少一個(gè)第二電極突片20和至少一個(gè)第三電極突片30。在該情況下，第二電極突片20和第三電極突片30被布置使得，在相同平面上沒(méi)有彼此重疊，并且各自的第二電極突片20和第三電極突片30被布置以與在相同平面上的第一電極突片10重疊。在該情況下，第二電極突片20和第三電極突片30的寬度可以相同或者不同。圖2、圖3 (a)以及圖3(b)圖示具有不同寬度的第二電極突片20和第三電極突片30，并且圖3(c)和圖4圖示具有相同寬度的第二電極突片20和第三電極突片30。
[0042]另一方面，第二電極突片20和第三電極突片30僅被布置為與第一電極突片10重疊，但是第二電極突片20和第三電極突片30沒(méi)有必要被整體地包括在第一電極突片10的區(qū)域中。而且，第二電極突片20和第三電極突片30的部件可以在第一電極突片10的區(qū)域的外部。只不過(guò)為了減少電極突片占據(jù)的空間，第二電極突片20和第三電極突片30的寬度的總和可以比第一電極突片10的寬度窄。當(dāng)電極突片占據(jù)的空間大時(shí)，包含電極突片的電極引線變得更長(zhǎng)，這對(duì)外觀具有不良影響。
[0043]另一方面，在本實(shí)施例中，第一電極突片10、第二電極突片20以及第三電極突片30的堆疊順序沒(méi)有限制。例如，在本實(shí)施例中，電極突片可以被布置成:如圖2(b)所示，具有其中第二電極突片20和第三電極突片30被布置在第一電極突片10上的結(jié)構(gòu)；如圖3(&)所示，具有其中第一電極突片10位于中央，并且第二電極突片20和第三電極突片30被布置在第一電極突片10的頂部和底部上的結(jié)構(gòu)；以及如圖3(b)所示，具有其中第一電極突片10被布置在第二電極突片20和第三電極突片30的頂部上的結(jié)構(gòu)。而且，如圖3(c)所示，第二電極突片20被布置在具有相對(duì)寬的寬度的第一電極突片10的頂部上，并且第三電極突片30被布置在第一電極突片10的底部上。而且，如圖4所示，第二電極突片22、24和26被布置在第一電極突片10的一側(cè)上，并且第三電極突片32和34被布置在第一電極突片10的底表面上。另外，可以提供各種修改示例，該修改示例應(yīng)被理解為被包括在本發(fā)明的范圍中。
[0044]而且，如圖4所示，電極突片可以包括三種或者更多種電極突片22、24、26、32和34，這些電極突片具有比第一電極突片10的寬度小的寬度。
[0045]如上所述，當(dāng)電極突片包括不同的寬度時(shí)，可以提供電極突片的各種布置，從而克服對(duì)于連接一般的電極突片以及提供美觀設(shè)計(jì)的各種限制。例如，通常，垂直地?cái)D壓電極突片以彼此連接。當(dāng)使用如上所述的連接方法時(shí)，連接到最高部件的電極突片被過(guò)度地拉長(zhǎng)從而被撕裂和損壞。然而，當(dāng)使用如圖3(a)和圖3(b)所示的其中第二電極突片20和/或第三電極突片30被布置在第一電極突片10的頂部和底部上的結(jié)構(gòu)時(shí)，在從頂部和底部同時(shí)或者順序地?cái)D壓電極突片的同時(shí)連接電極突片，從而防止連接到電極堆的最高部件和最低部件的電極突片被過(guò)度地拉長(zhǎng)。而且，如上所述可以自由地控制電極突片的連接位置，可以自由地控制被形成在電池殼體上的電極端子的位置，這允許提供各種設(shè)計(jì)。
[0046]另一方面，圖2至圖4是描述具有相同極性的電極的布置的視圖。根據(jù)本實(shí)施例的電極組件包括具有如上所述的布置的兩個(gè)電極突片，即，陰極突片和陽(yáng)極突片。在該情況下，陰極突片和陽(yáng)極突片的布置可以彼此相同或者不同。
[0047]另一方面，只要電極突片被布置以允許具有相同極性的電極突片彼此電連接，用于形成陰極突片和陽(yáng)極突片的位置沒(méi)有特別地限制。換言之，在本實(shí)施例中，陰極突片和陽(yáng)極突片可以被形成為與電極堆的長(zhǎng)度和寬度的方向中的一個(gè)的一側(cè)平行，并且可以分別被形成在不同的側(cè)上。
[0048]接下來(lái)，在本實(shí)施例中，電極堆是包括至少一個(gè)陽(yáng)極、至少一個(gè)陰極以及至少一個(gè)隔膜的結(jié)構(gòu)，并且沒(méi)有特別地限制。換言之，在本實(shí)施例中，電極堆可以具有:作為單個(gè)電極的陽(yáng)極和陰極在隔膜被置于其間的同時(shí)被交替地堆疊的形式；由陽(yáng)極、陰極以及隔膜形成的單元電池(unit cell)被堆疊的形式；單個(gè)電極和/或單元電池與長(zhǎng)片型隔膜捆綁在一起的形式；以及單元電池和單個(gè)電池相組合的形式。
[0049]在該情況下，單元電池應(yīng)被理解為下述概念，該概念包括通過(guò)使用下述方法來(lái)制造的所有電極結(jié)構(gòu):通過(guò)使用隔膜分隔片型陽(yáng)極和片型陰極并且螺旋狀地纏繞它們的果凍卷方法；順序地堆疊至少一個(gè)陽(yáng)極、至少一個(gè)隔膜以及至少一個(gè)陰極的堆疊方法；以及在長(zhǎng)片型隔膜上布置單個(gè)電極和/或堆疊型的單元電池并且折疊它們的堆疊和折疊方法。通過(guò)本說(shuō)明書(shū)，為了方便，通過(guò)使用果凍卷方法制造的單元電池將被指定為果凍卷型單元電池，通過(guò)使用堆疊方法制造的單元電池將被指定為堆疊型單元電池，并且通過(guò)使用堆疊和折疊方法制造的單元電池將被指定為堆疊和折疊型單元電池。
[0050]另一方面，在本說(shuō)明書(shū)中，術(shù)語(yǔ)“堆疊型”是這樣一種概念，其不僅包括通過(guò)使用一個(gè)接一個(gè)地順序地堆疊陰極、隔膜以及陽(yáng)極的典型方法來(lái)制造，而且包括通過(guò)制造具有順序堆疊結(jié)構(gòu)諸如陽(yáng)極/隔膜/陰極/隔膜/或者陰極/隔膜/陽(yáng)極/隔膜的基本單元，并且堆疊基本單元同時(shí)隔膜被插入在其間的層壓和堆疊方法制造。在該情況下，基本單元可以包括兩個(gè)或者更多個(gè)陰極和陽(yáng)極，并且基本單元中的最外面?zhèn)戎械囊粋?cè)可以由隔膜形成并且其另一側(cè)可以由電極形成。通過(guò)使用層壓和堆疊方法制造的電極堆不僅可以由如上所述的基本單元形成，而且可以由除了基本單元之外的電極結(jié)構(gòu)和/或隔膜形成。例如，通過(guò)使用層壓和堆疊方法制造的電極堆可以使用隔膜和電極結(jié)構(gòu)中的一個(gè)作為其最高部件或者最低部件，并且可以包括基本單元作為另一部件，其中所述電極結(jié)構(gòu)由隔膜/陰極/隔膜和隔膜/陽(yáng)極/隔膜中的一個(gè)形成。通過(guò)使用層壓和堆疊方法制造的電極堆，可以包括其數(shù)目的總和與隔膜的數(shù)目相同的陰極和陽(yáng)極，并且可以包括在電極堆的最外側(cè)處添加的隔膜，使得隔膜的數(shù)目比陰極和陽(yáng)極的總數(shù)目大一個(gè)。
[0051]另一方面，術(shù)語(yǔ)“堆疊和折疊型”指定將單個(gè)電極和/或堆疊型單元電池布置在長(zhǎng)片型隔膜上并且折疊它們的方法。折疊方法沒(méi)有特別地限制，并且將被理解為包括普通技術(shù)人員眾所周知的所有方法，諸如將片型隔膜折疊成Z字形的Z折疊型的方法、將堆疊型單元電池布置在片型隔膜的一側(cè)上并且在一個(gè)方向上纏繞它們的纏繞方法、以及將單個(gè)電極布置在片型隔膜的兩側(cè)上并且纏繞要被卷起的片型隔膜的方法。
[0052]另一方面，本實(shí)施例中的電極堆中所包括的陰極、陽(yáng)極和隔膜的材料沒(méi)有特別限制，并且可以不限制地使用本領(lǐng)域普通技術(shù)人員眾所周知的陰極、陽(yáng)極和隔膜。例如，陽(yáng)極可通過(guò)以陽(yáng)極活性材料對(duì)陽(yáng)極集電器進(jìn)行涂覆而形成，該陽(yáng)極集電器通過(guò)使用銅、鎳、鋁和包括上述物質(zhì)中的至少一種的合金中的一種制造，該陽(yáng)極活性材料諸如為鋰金屬、鋰合金、碳、石油焦、活性碳、石墨、硅化合物、錫化合物、及其合金。同樣地，陰極可通過(guò)以陰極活性材料對(duì)陰極集電器進(jìn)行涂覆而形成，該陰極集電器通過(guò)使用鋁、鎳、銅和包括上述物質(zhì)中的至少一種的合金中的一種制造，該陰極活性材料諸如為鋰錳氧化物、鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰鐵磷酸鹽，以及包括上述物質(zhì)中的至少一種的化合物和混合物。在該情況下，形成一個(gè)單元電池的陰極和陽(yáng)極的面積、被涂覆有電極活性材料的面積可以相同，或者可以不同。同樣地，集電器的兩側(cè)可被涂覆有電極活性材料，或者集電器的一側(cè)可被涂覆有電極活性材料以形成未涂覆的部分。根據(jù)需要，可以涂覆集電器的一部分表面或整個(gè)表面。
[0053]另一方面，例如，隔膜可以為通過(guò)使用具有微孔結(jié)構(gòu)的聚乙烯、聚丙烯、以及其組合中的一個(gè)制造的多層膜，或者可以為用于固態(tài)聚合物電解質(zhì)或凝膠型聚合物電解質(zhì)的聚合物膜，諸如聚偏二氟乙烯、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。
[0054]另一方面，在本實(shí)施例中，被包括在電極堆中的單個(gè)電極和/或單元電池的大小或者形狀沒(méi)有特別地限制。即，被包括在電極堆中的單個(gè)電極和/或單元電池可以具有相同的形狀和/或大小，或者可以具有不同的形狀和/或大小。當(dāng)被包括在電極堆中的單個(gè)電極和/或單元電池包括不同的大小或者形狀時(shí)，可以提供更多的各種形狀。
[0055]例如，電極堆可以包括具有不同面積的兩種或者更多種類(lèi)型的電極單元的組合，在該區(qū)域中電極單元被堆疊以在其間形成臺(tái)階。在該情況下，該區(qū)域指定在與堆疊電極單元的方向垂直的方向(在下文中，被稱(chēng)為平面方向)上的表面區(qū)域。
[0056]而且，“電極單元”指定在具有臺(tái)階的電極堆中形成一個(gè)層的基本單元，并且電極單元中的每個(gè)可以由單個(gè)電極諸如陽(yáng)極或者陰極、至少一個(gè)單元電池、以及其組合形成。
[0057]另一方面，當(dāng)包括具有不同面積的兩種或者更多種類(lèi)型的電極單元的組合時(shí)，具有不同極性的電極在具有不同極性的電極單元之間的邊界表面處彼此面對(duì)。當(dāng)將具有不同極性的電極布置在具有不同面積的電極單元之間的邊界表面處時(shí)，電可以被存儲(chǔ)在電極單元之間的邊界表面處，從而增加電容量。特別地，具有相對(duì)大的面積的電極單元的陽(yáng)極和具有相對(duì)小的面積的電極單元的陰極可以彼此面對(duì)。當(dāng)具有相對(duì)大的面積的電極單元的陰極被布置在具有不同面積的電極單元之間的邊界區(qū)域處時(shí)，從具有相對(duì)大的面積的電極單元的陰極沉淀鋰金屬，從而減少電池的壽命周期或者使電池的安全性劣化。同時(shí)，因?yàn)樾g(shù)語(yǔ)“面對(duì)”意思是被布置為彼此對(duì)向，兩個(gè)面對(duì)的電極不可以彼此接觸。該術(shù)語(yǔ)是下述概念，該概念包括將其它元件(例如，隔膜和/或片型隔膜)插入在兩個(gè)電極之間的情況。
[0058]另一方面，形成電極堆的電極單元可以由各種組合形成。在下文中，將參考附圖詳細(xì)地描述電極單元的構(gòu)造。圖5至圖10圖示根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的電極堆中的電極單元的各種構(gòu)造。
[0059]例如，在圖5中，示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括由堆疊型單元電池形成的電極單元的電極堆。如圖5所示，電極堆可以由具有不同面積的三種類(lèi)型的電極單元110、120和130形成。在該情況下，電極單元可以包括堆疊型單元電池，在其中的每個(gè)中，陰極40和陽(yáng)極50與被插入在其間的隔膜60被堆疊在一起。在該情況下，電極單元中的每個(gè)可以由一個(gè)單元電池105諸如電極單元130形成，并且可以由具有相同面積的兩個(gè)或者更多個(gè)單元電池101、102、103和104的組合諸如電極單元110和120形成。同時(shí)，雖然形成電極單元的所有單元電池是圖5中的堆疊型單元電池，但是本發(fā)明不限于此。即，在本實(shí)施例中，除了堆疊型單元電池之外，電極單元可以由果凍卷型電池單元、堆疊和折疊型單元電池、單元電池和單個(gè)電極的組合、或者不同類(lèi)型的單元電池的組合形成。
[0060]例如，在圖6中，示出包括由果凍卷型單元電池和單個(gè)電極的組合形成的電極單元的電極堆。如圖6所示，例如，電極堆可以由具有不同面積的兩種類(lèi)型的電極單元210和220形成。在該情況下，具有相對(duì)小的面積的電極單元210可以由果凍卷型單元電池201和單個(gè)電極202的組合形成，并且具有相對(duì)大的面積的電極單元220可以由果凍卷型單元電池203形成。在該情況下，通過(guò)使用被置于其間的隔膜60’纏繞陽(yáng)極片50’和陰極片40’可以形成果凍卷型單元電池201和203?？紤]到電池的安全性，陽(yáng)極片50’可以在外側(cè)。單個(gè)電極202可以是陰極。同時(shí)，雖然在圖6中示出由果凍卷型單元電池和單個(gè)電極202的組合形成的電極單元210以及由一個(gè)果凍卷型單元電池203形成的電極單元220，但是本發(fā)明不限于此。可以通過(guò)組合堆疊型單元電池和/或堆疊和折疊型單元電池以及單個(gè)電極形成一個(gè)電極單元，或者可以通過(guò)組合兩種或者更多種不同類(lèi)型的單元電池形成一個(gè)電極單
J Li ο
[0061]例如，如圖7所示，電極堆可以通過(guò)組合堆疊型單元電池以及堆疊和折疊型單元電池形成。如圖7所示，電極堆可以由三種類(lèi)型的電極單元310、320和330形成。在該情況下，具有最小的面積的電極單元310和具有最大的面積的電極單元330可以由堆疊型單元電池形成，并且具有中間面積的電極單元320可以由堆疊和折疊型單元電池形成。在它們當(dāng)中具有最小的面積的電極單元310可以由具有陽(yáng)極50/隔膜60/陰極40/隔膜60/陽(yáng)極50/隔膜60/和陰極40的結(jié)構(gòu)的堆疊型單元電池形成，并且具有最大面積的電極單元330可以由具有陽(yáng)極50/隔膜60/陰極40/隔膜60/陽(yáng)極50/隔膜60/陰極40/隔膜60/陽(yáng)極50的結(jié)構(gòu)的堆疊型單元電池。如上所述，單元電池可以具有要被布置在兩個(gè)最外側(cè)上的具有不同極性的電極，或者可以具有要被布置在其上的具有相同極性的電極。一個(gè)單元電池可以包括一個(gè)或者更多個(gè)陰極和/或一個(gè)或者更多個(gè)陽(yáng)極。同時(shí)，具有中間面積的電極單元320可以被形成為堆疊和折疊型單元電池，其中包括陽(yáng)極、陰極和隔膜的電極堆被片型隔膜70捆綁并且被堆疊。
[0062]另一方面，圖8圖示包括由單個(gè)電極形成的電極單元420以及由一個(gè)或者更多個(gè)單元電池401和402形成的電極單元410的電極堆。
[0063]另一方面，電極堆可以具有其中形成電極單元的單元電池和單個(gè)電極的部分和整體被至少一個(gè)片型隔膜包圍的結(jié)構(gòu)。圖9圖示該電極堆的示例，該電極堆被構(gòu)造成具有其中形成電極單元的單元電池和單個(gè)電極的部分或者整體被片型隔膜包圍的結(jié)構(gòu)。如圖9所示，當(dāng)通過(guò)使用片型隔膜70來(lái)包圍形成電極單元510、520和530的單元電池501、502、503、504、505、506和507時(shí)，通過(guò)片型隔膜70提供抑制電池的膨脹的效果，從而更加提高電池的安全性。同時(shí)，在圖9中以虛線示出的部件不需要片型隔膜70。
[0064]另一方面，雖然片型隔膜70以Z字形包圍堆疊型單元電池501、502、503、504、505、506和507，但是本發(fā)明不限于此?？梢蕴峁┩ㄟ^(guò)使用片型隔膜包圍單個(gè)電極和/或單元電池的各種方法。
[0065]例如，如圖10所示，堆疊型單元電池601、602、603、604、605、606和607被以適當(dāng)
的間隔布置在片型隔膜70上，并且片型隔膜70被纏繞，從而制造電極堆。
[0066]而且，雖然在附圖中未示出，但是陰極被以特定的間隔布置在片型隔膜的一側(cè)上，陽(yáng)極在其間被以特定的間隔布置在片型隔膜的另一側(cè)上，并且片型隔膜被纏繞，從而制造電極堆。制備兩個(gè)片型隔膜，陽(yáng)極被以特定的陣列堆疊在兩個(gè)片型隔膜中的一個(gè)上，陰極被以特定陣列堆疊在兩個(gè)片型隔膜中的另一個(gè)上，并且兩個(gè)片型隔膜被纏繞在一起，從而制造電極堆。另外，根據(jù)要被制造的電極堆的形狀，通過(guò)使用片型隔膜包圍電極單元的部分或者整體的方法可以不同地存在，這應(yīng)被理解為被包括在本發(fā)明的范圍中。
[0067]如上所述，在電極堆中，一個(gè)電極單元可以由單個(gè)電極、至少一個(gè)單元電池、或者其組合形成。在該情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常使用的各種單元電池，例如，堆疊型單元電池、果凍卷型單元電池、堆疊和折疊型單元電池和/或其組合可以作為單元電池被使用，而沒(méi)有限制。
[0068]而且，電極堆可以由如圖6和圖8所示的具有不同面積的兩種類(lèi)型的電極單元形成，或者可以由如圖5、圖7和圖9所示的具有不同面積的三種類(lèi)型的電極單元形成。而且，雖然在附圖中未示出，但是電極堆可以由具有不同面積的四種或者更多種類(lèi)型的電極單元形成。
[0069]除了如圖5至圖10所示的之外，各種電極單元的組合可以存在，其應(yīng)被理解為被包括在本發(fā)明的范圍中。
[0070]另一方面，被包括在電極堆中的電極單元可以具有相同的形狀或者可以具有不同的形狀。例如，電極單元可以被形成為四角形諸如矩形、方形、梯形、平行四邊形以及菱形，并且可以被形成為具有被切除的或由曲線形成的一個(gè)或者更多個(gè)角的四角形，或者可以具有由曲線形成的一個(gè)或者更多個(gè)邊緣的形狀。另外，具有各種形狀的電極單元可以存在，其應(yīng)被理解為被包括在本發(fā)明的范圍中。如上所述，電極單元的形狀被不同地形成，從而不僅提供具有各種設(shè)計(jì)的電池而且提供空間利用性。
[0071]另一方面，在本實(shí)施例中，可以以各種陣列來(lái)堆疊具有不同面積的兩種或者更多種類(lèi)型的電極單元。堆疊電極單元的方法沒(méi)有特別地限制。例如，如圖11(a)、圖11(b)和圖11(d)所示，可以以如下陣列堆疊電極單元，在該陣列中電極單元的面積在從底部到頂部的方向上變小。如圖11(e)所示，可以以如下陣列堆疊電極單元，在該陣列中電極單元的面積在從底部到頂部的方向上變大。否則，如圖11(c)所示，可以堆疊電極單元使得具有最大面積的電極單元作為電極堆的中間層。
[0072]而且，在電極堆中，例如，如圖11(a)所示，可以以如下臺(tái)階陣列堆疊電極單元，在該臺(tái)階陣列中各自的電極單元的邊緣彼此一致。如圖11(b)所示，可以以如下錐形陣列堆疊電極單元，在該錐形陣列中在平面方向上各自的電極單元的中央點(diǎn)彼此一致。而且，如圖11(d)所示，可以以如下陣列堆疊電極單元，在該陣列中以特定的間隔或者不規(guī)則地彼此隔離各自的電極單元的中央點(diǎn)。另外，堆疊陣列可以被不同地修改，其應(yīng)被理解為被包括在本發(fā)明的范圍中。
[0073]另一方面，當(dāng)使用包括具有不同面積的兩種或者多種不同類(lèi)型的電極單元的電極堆時(shí)，因?yàn)閷?duì)于每個(gè)電極單元而言電容量可能不同，所以為各自的電極單元而優(yōu)化的電極突片可能不同。因此，當(dāng)使用包括具有不同面積的兩個(gè)或者更多個(gè)不同類(lèi)型的電極單元的電極堆時(shí)，選擇具有為各自的電極單元的容量而優(yōu)化的大小的電極突片，并且電極單元可以被布置使得僅電極突片的部分彼此重疊，從而提高電極突片的連接性，使電容量最大化，并且提供各種電池設(shè)計(jì)。同時(shí)，考慮到各個(gè)方面諸如各自的電極單元的容量、整個(gè)電池的容量、以及設(shè)計(jì)中的要素，這些方面沒(méi)有特別地限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)為具有不同面積的電極單元而優(yōu)化的電極突片的寬度。例如，考慮到電池的安全性和電流強(qiáng)度，電極單元的寬度可以被設(shè)計(jì)為允許電極突片的豎直橫截面，即電極突片的寬度(m) X厚度(m)，與電極單元的容量(A)的比率為0.015或者更多。
[0074]另一方面，可以通過(guò)使用如下方法制造根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件，該方法包括布置電極突片使得具有相同極性的電極突片彼此電連接，同時(shí)布置具有相同極性的電極突片中的一些使得其沒(méi)有彼此重疊?？梢酝ㄟ^(guò)控制將電極突片形成在單個(gè)電極和/或單元電池處的位置來(lái)執(zhí)行如上所述的電極突片的布置。同時(shí)，電極組件和電極突片的詳細(xì)構(gòu)造與上面描述的相同，并且其描述將被省略。
[0075]另一方面，制造電極組件的方法可以進(jìn)一步包括彼此連接具有相同極性的電極突片。連接電極突片是在封裝電極殼體之后將電極突片插入到電極引線中。在該情況下，可以通過(guò)使用例如超聲波連接方法、激光連接方法、電阻焊接方法以及其組合來(lái)執(zhí)行連接。根據(jù)被堆疊的電極突片的厚度或者其臺(tái)階的數(shù)目，設(shè)計(jì)者可以適當(dāng)?shù)馗淖冊(cè)敿?xì)的連接條件。
[0076]接下來(lái)，將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池單元900。圖12和圖13圖示電池單元900的示例。如圖12和圖13所示，電池單元900包括被內(nèi)置到電池殼體910中的電極組件100。
[0077]在該情況下，電池殼體910可以是袋狀殼體，并且可以具有與電極組件100的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀，但不限于此。
[0078]另一方面，袋狀殼體可以由層壓片形成。在該情況下，層壓片可以由形成最外側(cè)的外部樹(shù)脂層、防止材料的滲透的屏蔽金屬層以及用于密封的內(nèi)部樹(shù)脂層形成，但不限于此。
[0079]而且，電池殼體可以被形成以具有如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中用于連接電極組件100的電極單元的電氣端子的電極引線920和930被向外暴露。雖然在附圖中未示出，但是絕緣膜可以附接到電極弓I線920和930的頂表面和底表面以保護(hù)電極弓I線920和930。同時(shí)，在本實(shí)施例中，根據(jù)用于形成陰極突片和陽(yáng)極突片的位置，可以在不同的位置中形成電極引線。例如，如圖12所示，陰極引線920和陽(yáng)極引線930可以被形成為平行地在電極組件100的一側(cè)上。如圖13所示，陰極引線920和陽(yáng)極引線930可以被形成在不同的側(cè)上。
[0080]而且，電池殼體可以被形成以具有與電極組件100的形狀相對(duì)應(yīng)的形狀，并且通過(guò)修改電池殼體本身可以形成電池殼體的形狀。在該情況下，電池殼體的形狀和大小沒(méi)有必要與電極組件100的形狀和大小完全一致。能夠防止由于電極組件的滑動(dòng)而引起的內(nèi)部短路的形狀和大小是適當(dāng)?shù)摹Ｍ瑫r(shí)，電池殼體的形狀不限于此，并且根據(jù)需要可以使用具有各種形狀和大小的電池殼體。
[0081]另一方面，電池單元可以是鋰離子電池和鋰離子聚合物電池中的一個(gè)，但不限于此。
[0082]如上所述的電池單元可以被獨(dú)立地使用，并且可以被用作包括至少一個(gè)電池的電池組。電池單元和/或電池組可以被適當(dāng)?shù)赜糜诜涓C電話、便攜式計(jì)算機(jī)、智能電話、智能平板、筆記本計(jì)算機(jī)、輕型電動(dòng)車(chē)輛(LEV)、電動(dòng)車(chē)輛、混合電動(dòng)車(chē)輛、插電式混合電動(dòng)車(chē)輛或者蓄電裝置。因?yàn)閷?duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，這種裝置的結(jié)構(gòu)和制造該裝置的方法是眾所周知的，所以將省略其詳細(xì)描述。
[0083]另一方面，當(dāng)將電池單元或者電池組安裝在裝置上時(shí)，可以允許裝置的系統(tǒng)部件位于由于電池單元或者電池組的結(jié)構(gòu)而形成的多余的空間中。因?yàn)殡姵貑卧蛘唠姵亟M由具有不同大小的電極組件形成，所以電極組件本身被形成為具有臺(tái)階。當(dāng)電池殼體被形成為對(duì)應(yīng)于電極的形狀并且被安裝在裝置上時(shí)，多余的空間被形成，該多余的空間在典型的方形或者橢圓形的電池單元或者電池組中不存在。當(dāng)在這種多余的空間中安裝裝置的系統(tǒng)部件時(shí)，因?yàn)檠b置的系統(tǒng)部件和電池單元或者電池組可以被靈活地布置，所以空間利用性可以提高，并且通過(guò)減少整個(gè)裝置的厚度或者體積可以提供細(xì)薄的設(shè)計(jì)。
【權(quán)利要求】
1.一種電極組件，所述電極組件包括:電極堆，所述電極堆包括至少一個(gè)陽(yáng)極、至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)隔膜；以及多個(gè)陰極突片和多個(gè)陽(yáng)極突片，所述多個(gè)陰極突片和所述多個(gè)陽(yáng)極突片用于將所述電極堆電連接， 其中，電極突片被布置以允許具有相同極性的所述電極突片彼此電連接，同時(shí)具有相同極性的所述電極突片的一部分被布置成在相同的平面上不彼此重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極突片分別包括具有不同寬度的兩種或者更多種類(lèi)型的電極突片。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極組件，其中，所述電極突片分別包括: 至少一個(gè)第一電極突片，所述至少一個(gè)第一電極突片具有相對(duì)較寬的寬度；和 至少一個(gè)第二電極突片和至少一個(gè)第三電極突片，所述至少一個(gè)第二電極突片和至少一個(gè)第三電極突片具有比所述第一電極突片的寬度窄的寬度，并且被布置成不彼此重疊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電極組件，其中，所述第二電極突片和所述第三電極突片的寬度之和比所述第一電極突片的寬度窄。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極堆包括具有不同面積的兩種或者更多種類(lèi)型的電極單元的組合。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極組件，其中，所述電極堆包括具有不同面積的兩種類(lèi)型的電極單元的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極組件，其中，所述電極堆包括具有不同面積的三種類(lèi)型的電極單元的組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極組件，其中，具有相對(duì)較大的面積的電極單元的陽(yáng)極與具有相對(duì)較小的面積的電極單元的陰極在具有不同面積的所述電極單元之間的邊界表面處彼此面對(duì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極組件，其中，所述電極單元由以下組形成:單個(gè)電極；包括至少一個(gè)陰極、至少一個(gè)陽(yáng)極和至少一個(gè)隔膜的至少一個(gè)單元電池；或者其組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電極組件，其中，所述單元電池是選自以下組中的一個(gè):果凍卷型單元電池、堆疊型單元電池、以及堆疊和折疊型單元電池。
11.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極組件，其中，形成所述電極單元的單個(gè)電極和單元電池的部分或者整體被至少一個(gè)長(zhǎng)片型隔膜包圍。
12.—種電池單元，在所述電池單元中，根據(jù)權(quán)利要求1至11中的任意一項(xiàng)所述的電極組件被內(nèi)置到電池殼體中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池單元，所述電池單元是鋰離子二次電池單元和鋰離子聚合物二次電池單元中的一個(gè)。
14.一種裝置，所述裝置包括一個(gè)或者更多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求12所述的電池單元。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，所述裝置是蜂窩電話、便攜式計(jì)算機(jī)、智能電話、智能平板、筆記本計(jì)算機(jī)、輕型電動(dòng)車(chē)輛(LEV)、電動(dòng)車(chē)輛、混合電動(dòng)車(chē)輛、插電式混合電動(dòng)車(chē)輛或者蓄電裝置中的一種。
16.一種制造電極組件的方法，所述電極組件包括:電極堆，所述電極堆包括至少一個(gè)陽(yáng)極、至少一個(gè)陰極和至少一個(gè)隔膜；以及多個(gè)陰極突片和多個(gè)陽(yáng)極突片，所述多個(gè)陰極突片和所述多個(gè)陽(yáng)極突片用于將所述電極堆電連接，所述方法包括:布置所述電極突片以允許具有相同極性的所述電極突片彼此電連接，同時(shí)具有相同極性的所述電極突片的一部分布置成在相同的平面上不彼此重疊。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，進(jìn)一步包括連接具有相同極性的電極。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，通過(guò)使用超聲波連接方法、激光連接方法、電阻焊接方法以及其組合來(lái) 執(zhí)行所述連接。
【文檔編號(hào)】H01M2/26GK103918106SQ201380002640
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月30日
【發(fā)明者】金永焄, 權(quán)盛振, 安諄昊, 金東明, 金基雄, 柳勝民 申請(qǐng)人:Lg化學(xué)株式會(huì)社