双向卷绕的电极组件及包括该电极组件的锂二次电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本申请主张基于2014年10月7日提出的韩国专利申请第10-2014-0134776号的优先权的利益，并且包含由该韩国专利申请的文献所公开的所有内容作为本说明书的一部分。
[0002]本发明涉及双向卷绕的电极组件及包括该电极组件的锂二次电池。
【背景技术】
[0003]由于化石燃料的枯竭，导致能源价格上升，并且，随着对环境污染的关心增高，对环保替代能源的需求已成为未来生活的必需而又不可缺少的因素，尤其，由于移动设备的多功能化、高性能化、小型化等趋势，对既小又具有高容量的二次电池的需求日益增加。
[0004]代表性地，在电池的形状方面，对能够以较薄的厚度适用于如手机等产品的方形二次电池和袋型二次电池的需求较高，在材料方面，对如具有较高的能源密度、放电电压、输出稳定性等的锂离子电池、锂离子聚合物电池等锂二次电池的需求较高。
[0005]并且，二次电池还可以根据正极/隔膜/负极结构的电极组件以何种结构形成来进行分类，代表性地大致分为呈长片型的正极和负极在介有隔膜的状态下卷绕而成的结构的卷型(jelly-roll，卷绕型)电极组件和堆叠型(stack，层叠型)电极组件，上述堆叠型电极组件是将剪切成规定大小的单位的多个正极和负极以介有隔膜的状态依次层叠而成的结构。
[0006]但是，这种以往的电极组件存在几种问题。
[0007]第一，由于卷型电极组件将长片型的正极和负极卷绕成密集的状态，并形成截面上呈圆筒形或椭圆形的结构，因此由充放电时电极的膨胀及收缩引起的应力积累于电极组件内部，并且，若这种应力的积累超过一定的极限，则发生电极组件的变形。由于上述电极组件的变形，导致如下问题:电极之间的间隔不均匀，性能急剧下降，并且因内部短路，从而导致电池的安全性受到威胁。并且，由于需要卷绕长片型的正极和负极，因而难以将正极与负极的间隔保持为恒定并快速进行卷绕，因而也存在生产率下降的问题。
[0008]第二，由于堆叠型电极组件需要将多个正极及负极单体依次层叠，因而额外地需要用于制造单体的极板的传递工序，并且依次的层叠工序要求很多时间和劳力，因而存在生产率低下的问题。
[0009]为了解决这种问题，作为上述卷型和堆叠型的混合形态的结构更进一步的电极组件，开发了将二分电池(b1-cell)或全电池(full cell)利用长度较长的连续性隔膜片来卷绕的结构的堆叠/折叠型电极组件，上述二分电池或全电池是将规定单位的正极和负极在介有隔膜的状态下进行层叠而成的。这种堆叠/折叠型电极组件在本申请的韩国专利第2001-0082058 号、第 2001-0082059 号及第 2001-0082060 号等已公开。
[0010]但是，这种堆叠/折叠形电极组件通过向单一方向卷绕二分电池或全电池而制成，因而随着所层叠的二分电池或全电池的数量增加，隔膜片的重叠次数也增加，因而存在电极组件的整体宽度变厚、随着卷绕次数增加而斜行的可能性增加的问题。
[0011]因此，当前对于即使所层叠的二分电池或全电池的数量增加也可以使电极组件的整体宽度的增加最小化并可以防止卷绕过程中发生斜行的技术的需求很高。
【发明内容】
[0012]要解决的技术问题
[0013]本发明以解决如上所述的以往技术的问题和过去被提出的技术问题为目的。
[0014]具体地，本发明的目的在于，提供一种电极组件，在堆叠/折叠型电极组件中，即使所层叠的单元电池的数量增加，也可以使电极组件的宽度的增加最小化，并且即使在卷绕过程中卷绕次数增加，也可以防止发生斜行。
[0015]用于解决技术问题的手段
[0016]用于实现这种目的的本发明的电极组件可以包括:多个单元电池，形成为包括正极、负极和设在正极与负极之间的隔膜的结构；及单个单位的分离片，设在上述单元电池之间，围绕单元电池的侧面，上述单元电池包括:从分离片的一侧端部向中央侧与分离片一同卷绕而形成第一层叠部的单元电池；从分离片的另一侧端部向中央侧与分离片一同卷绕而形成第二层叠部的单元电池；及在设置上述分离片的状态下一面与第一层叠部相接且另一面与第二层叠部相接的相向单元电池，上述单元电池以具有相反极性的电极将分离片介于之间而相接的方式层叠。
[0017]因此，本发明的电极组件中，单元电池包括:从分离片的一侧端部向中央侧与分离片一同卷绕而形成第一层叠部的单元电池；及从分离片的另一侧端部向中央侧与分离片一同卷绕而形成第二层叠部的单元电池，因而相对于向单一方向卷绕的电极组件，即使所层叠的单元电池的数量增加，也可以使电极组件的宽度的增加最小化，并且即使在卷绕过程中卷绕次数增加，也可以防止发生斜行。
[0018]其中，电极组件的宽度可以表示单元电池的长度方向上的长度。
[0019]作为上述电极的一例，上述正极可以在正极集电体上形成有正极浆料层，上述负极可以在负极集电体上形成有负极浆料层。
[0020]具体地，上述正极可以在正极集电体的两面形成有正极浆料层，上述负极可以在负极集电体的两面形成有负极浆料层。
[0021]相反地，上述单元电池中位于特定部位的单元电池、即位于上述电极组件的最外侧的单元电池中，形成电极组件的外表面的正极可以仅在正极集电体的一面形成有正极浆料层，形成电极组件的外表面的负极可以仅在负极集电体的一面形成有负极浆料层。
[0022]作为上述第一层叠部及第二层叠部的结构关系的一例，形成第一层叠部的单元电池的数量可以为形成第二层叠部的单元电池的数量的0.5倍至1.5倍。
[0023]具体地，上述形成第一层叠部的单元电池的数量和形成第二层叠部的单元电池的数量可以相同。
[0024]作为上述第一层叠部及第二层叠部的卷绕结构的一例，上述第一层叠部和上述第二层叠部的单元电池可以分别在与分离片的一面相接的状态下卷绕。
[0025]具体地，上述第一层叠部的单元电池可以向第一方向卷绕，上述第二层叠部的单元电池可以向与第一方向相反的第二方向卷绕。
[0026]作为上述相向单元电池的一例，上述相向单元电池可以与上述第一层叠部和第二层叠部的单元电池所相接的分离片的一面的相向面相接。
[0027]具体地，在以作为第一层叠部的最终卷绕的单元电池的单元电池a与作为第二层叠部的最终卷绕的单元电池的单元电池b相向的方式设置第一层叠部和第二层叠部的状态下，上述相向单元电池可以以分别设置分离片的状态插入单元电池a与单元电池b之间。
[0028]更加具体地，可以以卷绕端部为中心，第一层叠部以垂直的方式向第二方向弯曲，第二层叠部以垂直的方式向第一方向弯曲，以使上述单元电池a和上述单元电池b彼此相向。
[0029]上述相向单元电池可以为以负极/隔膜/正极/隔膜/负极作为基本结构的C型二分电池，上述单元电池a和上述单元电池b可以为以正极/隔膜/负极/隔膜/正极作为基本结构的A型二分电池，相反地，上述相向单元电池可以为A型二分电池，上述单元电池a和上述单元电池b可以为C型二分电池。
[0030]单元电池a-Ι和单元电池b-Ι中的形成电极组件的外表面的电极可以为在一面涂敷电极合剂的电极，上述单元电池a-Ι在上述第一层叠部中与单元电池a相邻，上述单元电池b-Ι在第二层叠部中与单元电池b相邻。
[0031]上述隔膜或上述分离片可以选自由包含微孔的聚乙烯(polyethyle ne)膜、聚丙稀(polypropylene)膜或通过这些膜的组合而制造的多层膜及聚合物电解质用聚合物膜组成的组，上述聚合物电解质用聚合物膜由聚偏二氟乙稀(polyvinylidene fluoride)、聚氧化乙稀(polyethyle ne oxide)、聚丙稀腈(polyacrylonitrile)或聚偏二氟乙稀六氟丙稀(p olyvinylidene fluoride hexafluoropropylene)共聚物形成。
[0032]并且，本发明提供形成为上述电极组件内置于电池壳体内而浸渍于电解液并密封的结构的锂二次电池。
[0033]并且，本发明提供以将包括锂二次电池作为单元电池为特征的电池模块。
[0034]并且，本发明提供以将包括上述电池模块作为电源为特征的设备。
[0035]上述设备可以选自电动汽车、混合动力汽车、插电式电动汽车或蓄电装置等。由于这些设备的结构及其制造方法在本技术领域中已公知，因而，在本说明书中将省略对此的详细说明。
[0036]并且，作为上述电极组件的制造方法，本发明提供包括以下步骤的电极组件的制造方法:(a)制造多个单元电池，上述单元电池形成为包括正极、负极和介于正极与负极之间的隔膜的结构；(b)在单个单位的分离片的上表面上排列上述单元电池；(c)从上述分离片的一侧端部向中央侧与分离片一同卷绕单元电池而形成第一层叠部；(d)从上述分离片的另一侧端部向中央侧与分离片一同卷绕单元电池而形成第二层叠部；(e)使相向单元电池位于上述分离片的下表面的中央部；及(f)将上述第一层叠部及第二层叠部向中央侧卷绕，而使上述相向单元电池的一面与第一层叠部相接，使上述相向单元电池的另一面与第二层叠部相接。
[0037]具体地，在上述b步骤中，在进行卷绕时将位于电极组件的最外侧的单元电池中，形成电极组件的外表面的正极可以仅在正极集电体的一面形成有正极浆料层，形成电极组件的外表面的负极可以仅在负极集电体的一面形成有负极浆料层。
[0038]并且，在上述c步骤及d步骤中，上述形成第一层叠部的单元电池的数量可以为形成第二层叠部的单元电池的数量的0.5倍至1.5倍。
[0039]在上述e步骤中，上述相向单元电池可以为以负极/隔膜/正极/隔膜/负极作为基本结构的C型二分电池。
[0040]发明效果
[0041]