电极组件、包括电极组件的二次电池以及制造电极组件的方法与流程

相关申请的交叉引用本申请要求于2017年7月18日提交的韩国专利申请10-2017-0090977和2018年7月11日提交的韩国专利申请10-2018-0080734的优先权，通过引它们而用整体并入本文。本发明涉及电极组件、包括电极组件的二次电池以及制造电极组件的方法，更具体地，涉及具有由于电极组件的膨胀现象引起的变形最小化的结构的电极组件、包括该电极组件的二次电池以及制造该电极组件的方法。
背景技术：
：可以提供各种类型的能够重复充电和放电的二次电池(secondarybattery)。通常，这种二次电池包括电极组件(electroceassembly)，该电极组件具有其中电极和隔板交替堆叠的结构。电子设备的需求和类型正在增加，并且特别地，随着对具有偏离典型的简单形状的不规则(irregular)形状的电子设备的需求增加，安装在具有不规则形状的电子设备上的二次电池也越来越需要具有不规则的形状。具有不规则形状的二次电池可以具有例如弯曲表面。具有弯曲表面的二次电池通常被制造为形成一定的曲率半径。组装的二次电池经历对二次电池充电和放电若干次的形成步骤，以便在装运之前形成二次电池。在形成步骤中，通常可发生膨胀现象，其中电极组件和二次电池膨胀，从而增加二次电池的体积。当发生膨胀现象时，电极组件和二次电池可从初始组装的形式变形。因此，存在未制造出具有最初预期形状的二次电池的问题。特别地，在具有恒定曲率半径的弯曲表面的二次电池的情况下，由于膨胀现象，初始曲率半径和膨胀后的曲率半径彼此不同，从而劣化了二次电池相对于电子设备的可装配性和存储能力。例如，在具有弯曲表面的电极组件作为组装电极组件的情况下，在发生膨胀现象之后，弯曲表面的整个曲率半径大于在发生膨胀现象之前弯曲表面的整个曲率半径(即，由于膨胀现象，在电极组件上形成的弯曲表面相对平坦)。特别地，弯曲表面的变形主要发生在弯曲表面的两个端部。也就是说，即使电极组件被组装为使得弯曲表面的中心部分和两个端部中的每一端部具有相同的曲率半径，但是膨胀之后弯曲表面的两个端部的曲率半径会大于中心部分的曲率半径(即，由于膨胀现象，电极组件的两个端部中的每一个端部相对更平坦)。技术实现要素：技术问题因此，本发明要实现的目的是，通过考虑到电极组件和二次电池由于膨胀现象的变形而制造电极组件，来改善具有弯曲表面的二次电池相对于电子设备的可装配性和存储能力。技术方案根据用于实现上述目的本发明的第一方面，提供了一种具有弯曲表面的电极组件，其中弯曲表面的每个端部的曲率半径(re)小于弯曲表面的中心部分的曲率半径(rc)。曲率半径re可以是曲率半径rc的0.95倍至0.99倍。根据用于实现上述目的的本发明的第二方面，具有弯曲表面的电极组件包括：多个电极，每个电极具有与形成在电极组件上的弯曲表面的形状相对应的形状，其中至少一个电极包括：集电器；施加到集电器的第一和第二表面中的每一表面上的电极活性材料层，其中第一表面设置为相对于集电器朝向弯曲表面的内侧，第二表面设置为相对于集电器朝向弯曲表面的外侧，施加到第一表面的电极活性材料层的厚度小于施加到第二表面的电极活性材料层的厚度。施加到第一表面的电极活性材料层的厚度t1是施加到第二表面的电极活性材料层的厚度t2的0.7倍到0.9倍。根据用于实现上述目的的本发明的第三方面，具有弯曲表面的电极组件包括：多个电极，每个电极具有与形成在电极组件上的弯曲表面的形状相对应的形状，其中至少一个电极包括：集电器；施加到集电器的第一和第二表面中的每一表面上的电极活性材料层，其中第一表面设置为相对于集电器朝向弯曲表面的内侧，第二表面设置为相对于集电器朝向弯曲表面的外侧，未涂覆有电极活性材料层的未涂覆部分设置在施加到第一表面的电极活性材料层之间。未涂覆部分可以设置为多个，施加到第一表面的电极活性材料之间可以通过未涂覆部分彼此间隔开，以在第一表面上形成多个电极活性材料层，并且在施加到第一表面的多个电极活性材料层中，在第一表面的一个端部上或两个端部中的每一端部上形成的电极活性材料层的长度可以是多个电极活性材料层的总长度的0.05倍至0.3倍。未涂覆部分可以设置为两个，施加到第一表面的电极活性材料之间可以通过两个未涂覆部分彼此间隔开，以在第一表面上形成三个电极活性材料层，在施加到第一表面的三个电极活性材料层中，形成在第一表面的中心的电极活性材料层的长度可以是三个电极活性材料层的总长度的0.4倍至0.9倍。根据用于实现上述目的的本发明的第四方面，一种用于制造电极组件的方法包括：形成具有弯曲表面的电极组件的形成步骤；以及对电极组件进行若干次充电和放电的充电/放电步骤，其中，在形成步骤中，曲率半径re小于曲率半径rc，使得在充电/放电步骤之后，弯曲表面端部的曲率半径(re)与弯曲表面中心部分的曲率半径(rc)之间的差小于在充电/放电步骤之前弯曲表面端部的曲率半径(re)与弯曲表面中心部分的曲率半径(rc)之间的差。曲率半径re可以是曲率半径rc的0.95倍至0.99倍。根据用于实现上述目的的本发明的第五方面，一种用于制造电极组件的方法包括：形成具有弯曲表面的电极组件的形成步骤；以及对电极组件进行若干次充电和放电的充电/放电步骤，其中，在形成步骤中，形成平均曲率半径ra和ra，使得在充电/放电步骤之前，弯曲表面的平均曲率半径(ra)小于在充电/放电步骤之后弯曲表面的平均曲率半径(ra)。根据用于实现上述目的的本发明的第六方面，具有弯曲表面的电极组件包括：正极，其包括正极集电器和形成在正极集电器的两个表面中的每个表面上的正极活性材料层；负极，其包括负极集电器和形成在负极集电器的两个表面中的每个表面上的负极活性材料层；设置在正极和负极之间的隔板；和聚合物电解质层，其设置在正极和隔板之间以及负极和隔板之间，其中弯曲表面的每个端部的曲率半径(re)小于弯曲表面的中心部分的曲率半径(rc)。聚合物电解质层可包括凝胶电解质，在凝胶电解质中，增塑剂被添加到聚合物固体电解质。根据用于实现上述目的的本发明的第七方面，一种用于制造电极组件的方法包括：形成具有弯曲表面的电极组件的形成步骤；以及对电极组件进行若干次充电和放电的充电/放电步骤，其中，在形成步骤中，电极组件的顶面由上按压装置按压，该上按压装置具有凹面用于按压电极组件的顶面，在形成步骤中，形成平均曲率半径ra和ra，使得在充电/放电步骤之前，弯曲表面的平均曲率半径(ra)小于在充电/放电步骤之后弯曲表面的平均曲率半径(ra)。在形成步骤中，电极组件的底面可以由下按压装置按压，该下按压装置具有凸面用于按压电极组件的底面。在形成步骤中，电极组件的底面可以由下按压装置按压，该下按压装置具有平坦表面用于按压电极组件的底面。在形成步骤中，可以在80至90摄氏度的温度和8kgf/cm2至12kgf/cm2的压力的条件下按压电极组件4分钟至6分钟的时间。有益效果根据本发明，可以考虑到由于膨胀现象引起的电极组件和二次电池的变形来制造电极组件，以改善具有弯曲表面的二次电池相对于电子设备的可装配性和存储能力。附图说明图1是示出根据本发明第一实施例在发生膨胀现象之前电极组件的状态的侧视图。图2是示出根据本发明第一实施例在膨胀现象之后电极组件的状态的侧视图。图3是示出根据本发明第二实施例的电极组件的电极的侧视图。图4是示出根据本发明第三实施例的电极组件的电极的侧视图。具体实施方式在下文中，将参考附图描述根据本发明的电极组件和用于制造电极组件的方法。图1是表示根据本发明第一实施例在发生膨胀现象之前的电极组件的状态的侧视图。图2是表示根据本发明第一实施例在膨胀现象之后的电极组件的状态的侧视图。根据本发明的电极组件可以具有其中交替设置正极、隔板和负极的结构。这里，正极可以包括正极集电器和形成在正极集电器的两个表面上的正极活性材料层，并且负极可以包括负极集电器和形成在负极集电器的两个表面上的负极活性材料层。隔板可以设置在正极和负极之间。此外，根据本发明的电极组件可以是用于聚合物电解质二次电池的电极组件。因此，根据本发明的电极组件还可包括设置在正极和隔板之间以及负极和隔板之间的聚合物电解质层。形成聚合物电解质层的聚合物电解质可以是聚合物固体电解质。或者，聚合物电解质可以是凝胶电解质，在凝胶电解质中，增塑剂被添加到聚合物固体电解质。如图1和2所示，可以在根据本发明的电极组件上形成弯曲表面。这里，弯曲表面可以具有预定的曲率半径。也就是说，如图1所示，在发生膨胀现象之前，电极组件10的弯曲表面可以在整个弯曲表面上具有平均曲率半径ra。如图1所示，电极组件10的弯曲表面可以分成中心部分和两个端部。因此，弯曲表面的中心部分和两个端部中的每一端部可以分别具有曲率半径rc和re。rc和re可以彼此相同或不同。当rc和re彼此相同时，rc、re和ra可以彼此相同。而且，尽管弯曲表面的两个端部的所有曲率半径都具有图1中的曲率半径re，这并不意味着弯曲表面的两个端部的曲率半径必须相同。也就是说，根据在形成弯曲表面的过程中弯曲表面的加工特性，弯曲表面的一个端部的曲率半径和弯曲表面的另一端部的曲率半径可以彼此不同。通常，在制造电极组件之后，为了实现二次电池的形成，可以执行对二次电池充电和放电若干次以允许二次电池处于可用状态的形成步骤。然而，在形成工艺中，可能发生二次电池内的电极组件体积增大的膨胀现象。因为电极组件由于膨胀现象而体积增加，所以在发生膨胀现象之前和之后电极组件的形状会改变。这导致电极组件和二次电池的形状变形。当在具有弯曲表面的电极组件中发生膨胀现象时，可能另外发生电极组件的初始曲率半径变化的现象。也就是说，当发生膨胀现象时，在发生膨胀现象之后电极组件的弯曲表面的曲率半径可能变得大于在发生膨胀现象之前电极组件的弯曲表面的曲率半径。特别地，当发生膨胀现象时，电极组件的弯曲表面可以相对平坦。这可以理解为弯曲表面的曲率半径由于膨胀现象而增加。此外，与弯曲表面的中心部分相比，在弯曲表面的两个端部，由于膨胀现象导致的电极组件的弯曲表面的平坦化可以相对更大。这可以理解为，弯曲表面的两个端部中的每一端部的曲率半径的变化大于弯曲表面的中心部分的曲率半径的变化。本发明的一个目的是解决由于膨胀现象而未实现电极组件的弯曲表面的初始预期特性(即，曲率半径)的问题。参见图1和2，根据本发明第一实施例的制造电极组件的方法可包括：形成具有弯曲表面的电极组件10的形成步骤，和对电极组件10充电和放电若干次的充电/放电步骤。在形成步骤中，弯曲表面可以形成为使得充电/放电步骤之前弯曲表面的平均曲率半径ra小于充电/放电步骤之后弯曲表面的平均曲率半径ra。这里，ra可以是电极组件的最终期望的平均曲率半径。根据本发明的第一实施例，考虑到电极组件的弯曲表面因为膨胀现象而相对平坦的现象，在发生膨胀现象之前，电极组件的弯曲表面形成得相对较大。因此，在形成步骤之后，电极组件的曲率半径可以匹配最初设计的电极组件的曲率半径。根据本发明第一实施例的修改示例，在形成步骤中，在充电/放电步骤之前弯曲表面的端部的曲率半径re可以小于在充电/放电步骤之前弯曲表面的中心部分的曲率半径rc。如上所述，电极组件的弯曲表面的曲率半径可以由于具有弯曲表面的电极组件的膨胀形状而增加(例如，弯曲表面变得相对平坦)。曲率半径的增加在弯曲表面的两个端部比在弯曲表面的中心部分处更大。因此，根据本发明第一实施例的修改示例，在形成电极组件的弯曲表面的形成步骤中，曲率半径re可以形成为小于曲率半径rc，使得曲率半径re和rc之间的差小于曲率半径re和rc之间的差，以制造其上形成具有恒定曲率半径的弯曲表面的电极组件。这里，曲率半径re可以形成为相对于曲率半径rc具有预定范围内的比率。例如，曲率半径re可以是曲率半径rc的0.95倍至0.99倍。当曲率半径re小于曲率半径rc的0.95倍时，由于发生膨胀现象之后曲率半径re仍然小于曲率半径rc，因此弯曲表面的两个端部可能过度弯曲。而且，当曲率半径re超过曲率半径rc的0.99倍时，由于该曲率半径在发生膨胀现象之后过于大于曲率半径rc，因此弯曲表面的两个端部变得过于平坦，因而无法解决现有技术中的问题。更优选地，曲率半径re可以是曲率半径rc的0.96倍至0.98倍。此外，曲率半径re可以形成为与曲率半径rc具有预定范围内的差。例如，曲率半径re可以比曲率半径rc小4mm至8mm。当曲率半径re比曲率半径rc小少于4mm时，由于该曲率半径在发生膨胀现象之后过于大于曲率半径rc，因此弯曲表面的两个端部变得过度平坦，因而无法解决现有技术中的问题。而且，当曲率半径re比曲率半径rc小超过8mm时，由于发生膨胀现象后曲率半径re仍小于曲率半径rc，因此弯曲表面的两个端部可能过度弯曲。更优选地，曲率半径re可以比曲率半径rc小5mm至7mm。在根据本发明第一实施例的形成步骤中，电极组件的顶面和底面可以通过上按压装置和下按压装置彼此一起按压。按压电极组件的顶面的上按压装置的表面可以具有凹面或者可以仅设置有凹面。而且，按压电极组件的底面的下按压装置的表面可以具有凸面。或者，按压电极组件的底面的下按压装置的表面可以具有凸面或者可以仅设置有凸面。另一方面，按压电极组件的底面的下按压装置的表面可以具有平坦表面或者可以仅设置有平坦表面。或者，按压电极组件的底面的下按压装置的表面可以具有所有凸面和平坦表面。例如，平坦表面可以设置在按压电极组件的底面的下按压装置的表面的中心部分，并且凸面可以设置在下按压装置的表面的周边部分。此外，在形成步骤中，可以在特定温度、压力和时间的条件下按压电极组件。在形成步骤中，可以在80至90摄氏度的温度和8kgf/cm2至12kgf/cm2的压力下按压电极组件4分钟至6分钟的时间。例如，在形成步骤中，可以在温度为85度和压力为10kgf/cm2的条件下将电极组件按压5分钟的时间。关于形成步骤、上按压装置和下按压装置的上述内容可以同样地应用于下面的本发明的第二和第三实施例。图3是示出根据本发明第二实施例的电极组件的电极的侧视图。与本发明的第一实施例类似，本发明的第二实施例也旨在解决由于膨胀现象引起的电极组件的弯曲表面的曲率半径变化引起的问题。参照图3，构成电极组件的电极11可包括集电器12和施加到集电器12的两个表面中的每一表面的电极活性材料层14。由于在根据本发明的电极组件上形成弯曲表面，所以可以在构成电极组件的电极11上形成具有与电极组件的弯曲表面的形状对应的形状的弯曲表面。因此，电极活性材料层14可以被施加到第一表面(即，图3中的集电器12的顶面)和第二表面(即，图3中的集电器12的底面)，第一表面被设置为相对于集电器12朝向形成在电极11上的弯曲表面的内侧，第二表面被设置为相对于集电器12朝向形成在电极11上的弯曲表面的外侧。这里，施加到根据本发明第二实施例的电极组件的电极11的第一表面的电极活性材料层的厚度t1可以与施加到第二表面的电极活性材料层的厚度t2不同。例如，厚度t1可以小于厚度t2。根据本发明的第二实施例，可以施加电极活性材料层使得厚度t1小于厚度t2，以防止在发生膨胀现象时电极变平坦。也就是说，施加到第一表面(其面向形成在电极上的弯曲表面相对于集电器的内侧)的电极活性材料层的厚度增加地越多，电极越趋向于由于施加到第一表面的电极活性材料层的厚度而再次膨胀。这不利地影响具有弯曲表面的电极组件的形状维持。因此，根据本发明的第二实施例，可以施加电极活性材料层使得厚度t1小于厚度t2，以防止在发生膨胀现象时电极变平坦。与本发明的第一实施例类似，厚度t1也可以具有相对于厚度t2在预定范围内的比率。例如，厚度t1可以是厚度t2的0.7倍至0.9倍。当厚度t1小于厚度t2的0.7倍时，施加到第二表面的电极活性材料层的厚度可能过大，因此，电极组件可能更弯曲。另一方面，当厚度t1超过厚度t2的0.9倍时，可以有效地防止电极组件的平坦化。图4是示出根据本发明第三实施例的电极组件的电极的侧视图。与本发明的第一和第二实施例类似，本发明的第三实施例也旨在解决由于膨胀现象引起的电极组件的弯曲表面的曲率半径变化引起的问题。参见图4，构成电极组件的电极11可包括集电器12和施加到集电器12的两个表面中的每一表面的电极活性材料层14。此外，由于具有弯曲表面的电极11以及涂有电极活性材料层的第一和第二表面基本上与根据本发明第二实施例和图3中的相同，所以它们的描述源自根据本发明第二实施例的那些描述。未涂覆有电极活性材料层的未涂覆部分可以形成在根据本发明第三实施例的电极组件的电极上的电极活性材料层之间。如图4所示，未涂覆部分16可以形成在第一表面上。根据本发明的第三实施例，可以在第一表面上形成未涂覆部分，以在施加到第一表面的电极活性材料层之间形成空的空间。电极活性材料层之间的空的空间可以防止电极组件再次变平坦。也就是说，当电极活性材料层也施加到第一表面的未涂覆部分时，由于在电极组件上形成弯曲表面，所以施加在相当于第一表面的未涂覆层上的电极活性材料层会被按压。在这种情况下，施加到第一表面的相应未涂覆部分的电极活性层可以通过恢复力而膨胀。因此，电极组件会趋于再次膨胀。因此，根据本发明的第三实施例，由于未涂覆部分形成在第一表面上，以使施加到第一表面上的电极活性材料层通过恢复力再次膨胀的趋势最小化，从而令具有弯曲表面的电极组件保持原样。此外，可以提供多个未涂覆部分16。图4示出了形成两个未涂覆部分16的情况。而且，施加到第一表面的电极活性材料层可以通过未涂覆部分16彼此间隔开。因此，可以在第一表面上形成多个电极活性材料层。施加到集电器12的电极活性材料层可以具有预定长度l。具体地，如上所述，在第一表面上形成未涂覆部分16，并且可以通过未涂覆部分16在第一表面上形成多个电极活性材料层。因此，在第一表面上形成的多个活性材料层中的每一个可以具有一定长度。在本说明书中，在第一表面上形成的多个活性材料层中，形成在第一表面的中心上的电极活性材料层的长度称为lc，并且形成在第一表面的两个端部中的每一端部上的电极活性材料层的长度称为le。在根据本发明第三实施例的电极组件的电极11中，在施加到第一表面的多个电极活性材料层中，形成在第一表面的一个端部或两个端部中的每一端部上的电极活性材料层的长度(即，le)相对于施加到第一表面的多个电极活性材料层的总长度(即，l)具有在预定范围内的比率。例如，长度le可以是长度l的0.05倍至0.3倍。当长度le小于长度l的0.05倍时，在发生膨胀现象之后，电极组件的两个端部可能过度弯曲。当长度le超过长度l的0.05倍时，在发生膨胀现象之后，电极组件的两个端部可能过度平坦，因此，可能难以解决现有技术的问题。如上所述，在根据本发明第三实施例的电极组件的电极11中，两个未涂覆部分16形成在第一表面上，并且施加到第一表面的电极活性材料层可以通过两个未涂覆部分彼此间隔开，以形成三个电极活性材料层。这里，在根据本发明第三实施方式的电极组件的电极11中，在施加到第一表面的多个电极活性材料层之中，形成在第一表面的中心处的电极活性材料层的长度(即，lc)相对于施加到第一表面的多个电极活性材料层的总长度(即，l)可具有在预定范围内的比率。例如，长度lc可以是长度l的0.4倍至0.9倍。当长度lc小于长度l的0.4倍时，在发生膨胀现象之后，电极组件的两个端部可能过度平坦。当长度lc超过长度l的0.9倍时，在发生膨胀现象之后，电极组件的两个端部可能过度弯曲，从而可能难以解决现有技术的问题。根据本发明的电极组件可以是插入罐型二次电池或袋型二次电池的罐或袋中的电极组件。即，本发明可以是涉及罐型二次电池或袋型二次电池的发明。当根据本发明的二次电池是袋型二次电池时，容纳电极组件的袋可以具有分别由多种材料制成的多层结构。例如，袋可以包括铝层和分别设置在铝层的上部和下部的聚烯烃树脂层。例如，聚烯烃可以是聚丙烯。示例1在制造电极组件之后，通过按压器来按压电极组件，以形成电极组件的顶面和底面各自的弯曲表面。在根据示例1制造的电极组件的弯曲表面的端部的曲率半径中，左端的曲率半径re(左)为195mm，右端的曲率半径re(右)为195mm。另外，中心部分的曲率半径rc为200mm。示例2以与示例1中相同的方法制造电极组件，不同之处在于，在电极组件的弯曲表面的端部的曲率半径中，左端的曲率半径re(左)为194mm，右端的曲率半径re(右)为195mm，弯曲表面的中心部分的曲率半径rc为201mm。示例3以与示例1中相同的方法制造电极组件，不同之处在于，在电极组件的弯曲表面的端部的曲率半径中，左端的曲率半径re(左)为195mm，右端的曲率半径re(右)为196mm，弯曲表面的中心部分的曲率半径rc为200mm。比较例1以与示例1中相同的方法制造电极组件，不同之处在于，在电极组件的弯曲表面的端部的曲率半径中，左端的曲率半径re(左)为188mm，右端的曲率半径re(右)为188mm，弯曲表面的中心部分的曲率半径rc为200mm。比较例2以与示例1中相同的方法制造电极组件，不同之处在于，在电极组件的弯曲表面的端部的曲率半径中，左端的曲率半径re(左)为201mm，右端的曲率半径re(右)为201mm，弯曲表面的中心部分的曲率半径rc为197mm。实验例根据示例和比较例制造的每个电极组件被重复充电及放电以执行形成工艺。通过在45℃的温度下充电和放电300次来执行形成工艺。在1.0c的恒定电流和4.4v的电压下进行形成工艺的充电，并且当充电完成时，电流为122ma。在1.0c的恒定电流下进行形成工艺的放电，并且当放电完成时，电压为3.0v。在完成形成工艺之后，测量在电极组件上形成的弯曲表面的曲率半径。在形成工艺之前和之后测量的电极组件的弯曲表面的曲率半径总结在下面的表1中。在形成工艺之后电极组件的弯曲表面的曲率半径中，左端的曲率半径表示为re(左)，右端的曲率半径表示为re(右)，并且弯曲表面的中心部分的曲率半径表示为rc。[表1]re(左)rcre(右)re(左)rcre(右)示例1195mm200mm195mm210mm210mm208mm示例2194mm201mm195mm209mm211mm208mm示例3195mm200mm196mm209mm210mm211mm比较例1188mm200mm188mm202mm208mm203mm比较例2201mm197mm201mm212mm209mm214mm参照表1，当根据示例1至3制造电极组件时，可以看出电极组件的曲率半径均匀地形成在弯曲表面的端部和中心部分的整个区域上。特别地，在根据示例制造的电极组件的情况下，曲率半径re和rc之间的差最高达到3mm。另一方面，在根据比较例制造的电极组件的情况下，曲率半径re和rc之间的差最高达到6mm。因此，可以看出，当根据示例制造电极组件时，在电极组件的整个弯曲表面上形成均匀的曲率半径。虽然已经参考具体实施例描述了本发明的实施方式，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离以下权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。当前第1页12