阶梯状结构的混合型电极组件的制作方法

阶梯状结构的混合型电极组件的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种包括单元单体的电极组件，该单元单体包括电极板堆叠体，该电极板堆叠体具有其中分隔膜置于阳极或者阴极电极板之间的结构，并且本发明所提供的电极组件包括具有不同尺寸的两种或者更多种类型的单元单体的组合，其具有如下结构，其中单元单体从平坦表面沿着高度方向堆叠，并且通过利用单片型分隔膜缠绕至少两个基础单元单体，在单元单体中位于电极组件的下部处的基础单元单体形成集成基础结构，并且其中在具有在其间置入分隔膜的同时，堆叠子单元单体，即不是基础单元单体的其余单体。
【专利说明】
阶梯状结构的混合型电极组件
技术领域
[0001] 本发明设及一种具有阶梯状结构的混合型电极组件。
【背景技术】
[0002] 随着移动装置已经日益得到发展，并且对于运种移动装置的需求已经增加，对于 二次电池的需求也已经急剧地增加。在运种二次电池中，呈现高能量密度和操作电压W及 优良的电荷保持和服务寿命特性的裡二次电池已经广泛地用作各种电子产品W及移动装 置的能量源。
[0003] 基于其外观，裡二次电池可W通常被分类成圆柱形电池、棱柱形电池，或者袋形电 池。基于电解溶液的类型，裡二次电池还可W被分类成裡离子电池、裡离子聚合物电池，或 者裡聚合物电池。
[0004] 近来移动装置小型化的趋势已经增加了对于具有小的厚度的棱柱形电池或者袋 形电池的需求。特别地，大量的兴趣当前地聚焦于运种袋形电池，因为易于修改袋形电池的 形状，袋形电池的制造成本是低的，并且袋形电池是轻质的。
[0005] 通常，袋形电池是如下的电池，其具有在密封状态下容纳在由包括树脂层和金属 层的层压片制成的袋形电池外壳中的电极组件和电解质。安装在电池外壳中的电极组件可 W构造成具有果冻卷(缠绕)型结构、堆叠型结构，或者组合(堆叠/折叠)型结构。
[0006] 图1是典型地示出包括堆叠型电极组件的袋形二次电池的结构的视图。
[0007] 参考图1，袋形二次电池10构造成具有如此结构，其中，包括正电极、负电极和分别 地布置在正电极和负电极之间的分隔物的电极组件30在密封状态下被安装在袋形电池外 壳20中，从而电连接到电极组件30的正电极突片31和负电极突片32的两条电极引线40和41 被向外暴露，每一个分隔物被涂覆有固体电解质。
[000引电池外壳20包括外壳本体21和一体地连接到外壳本体21的盖22,外壳本体21具有 电极组件30位于其中的凹陷的接纳部23。
[0009] 电池外壳20由层压片制成，该层压片包括构成层压片的最外层的外部树脂层20A、 用于防止材料渗透的隔离金属层20B和用于密封的内部树脂层20C。
[0010] 堆叠型电极组件30的正电极突片31和负电极突片32通过焊接而分别地联接到电 极引线40和41。另外，绝缘膜50可W附接到电极引线40和41中的每一个的顶部和底部，从而 当使用热焊接装置将外壳本体21的上端24和盖22的上端彼此热焊接时，防止在热焊接装置 (未示出）与电极引线40和41之间发生短路并且确保在电极引线40和41与电池外壳20之间 的密封。
[0011] 然而，近年来，根据对于纤薄型设计或者各种其它设计的趋势变化，已经要求新型 的电池单体。
[0012] 目P，上述电池单体被构造成包括具有相同尺寸或者相同容量的电极组件。因此，为 了制造具有考虑到各种可能的、将电池单体应用于此的装置的设计而设计的新颖结构的电 池单体，有必要减小电池单体的容量或者修改装置的设计从而装置的尺寸增加。
[0013] 另外，在装置的设计的修改期间电连接是复杂的，并且因此可能难W制造满足期 望条件的电池单体。
[0014] 进而，还可能有必要基于电极组件的形状而制造电池外壳。
[0015] 因此，高度必要的是能够依赖于电池单体应用于此的装置的形状而使用的电极组 件和电池外壳W及包括它们的电池单体。

【发明内容】

[0016] 技术问题
[0017]已经做出本发明W解决从上问题和尚待解决的其它技术问题。
[0018]本发明的一个目的在于提供一种构成电池单体的电极组件，该电极组件被构造成 安装在装置的各种空间中，由此最大化地利用装置的内部空间，并且被构造成除了具有矩 形结构的通常装置还有效地安装在具有不同外部形状的各种装置中。
[0019]技术方案
[0020] 根据本发明的一个方面，能够通过提供如下一种电极组件实现W上和其它目的， 该电极组件包括单元单体，每一个单元单体由电极板堆叠体构成，电极板堆叠体构造成具 有其中分隔物布置在包括正电极或者负电极的电极板之间的结构，其中该电极组件包括具 有不同尺寸的两种或者更多种单元单体的组合，单元单体基于一平面在高度方向上堆叠， 使用单片型分隔膜缠绕位于电极组件的下部处的两个或者更多个单元单体，即两个或者更 多个基础单元单体，W构成集成基础结构，并且除了基础单元单体之外的其它单元单体在 分隔物布置在各个其它单元单体之间的状态下被堆叠，所述其它单元单体即为子单元单 体。
[0021] 因此，基于上述特殊结构，根据本发明的电极组件可W用于制造具有各种容量和 尺寸的电池单体。另外，电池单体可W安装在其中安装电池单体的装置的各种空间中，由此 最大化地利用装置的内部空间。
[0022] 进一步，具有不同尺寸的单元单体被沿着竖直方向堆叠。因此，由于电池单体具有 紧凑的结构，所W能够增加电池单体的容量并且改善余留空间的利用。
[0023] 在单元单体之间的尺寸差异不受特别限制。例如，单元单体可W在每一个单元单 体的厚度、幅度(水平长度)和宽度(竖直长度）中的至少一方面是相互不同的。
[0024] 同时，如在前描述地，使用单片型分隔膜缠绕位于电极组件的下部处的两个或者 更多个单元单体，即两个或者更多个基础单元单体，W构成集成基础结构。具体地，基础单 元单体可W是二分单体(bi-cells)，每一个二分单体构造成具有如下结构，其中一个或者 多个正电极和一个或者多个负电极在其中分隔物分别地布置在正电极和负电极之间的状 态下被堆叠，并且其中位于基础单元单体的相反的主表面处的电极具有相同的极性。
[0025] 另外，通常，负电极的面积必须大于正电极的面积，从而提高电池单体的安全性并 且防止电池单体容量的浪费。因此，集成基础结构的两个最外面的二分单体可W是C型二分 单体，每一个C型二分单体构造成具有其中负电极位于基础单元单体的相反的主表面处的 结构。
[0026] 二分单体具有相同的尺寸从而使用单片型分隔膜缠绕二分单体W构成集成基础 结构，由此确保期望的刚性。
[0027] 同时，子单元单体可W基于一平面沿着高度方向堆叠在构成集成基础结构的基础 单元单体上。具体地，每一个子单元单体可W是全单体(full-cell),全单体被构造成具有 其中位于子单元单体的相反的主表面处的电极板具有不同极性的结构。
[0028] 在一个具体实例中，子单元单体可W具有相同的厚度。另外，子单元单体被顺序地 从电极组件的下端向上堆叠从而具有较小尺寸的子单元单体位于具有较大尺寸的子单元 单体上。结果，电极组件可W构造成具有其中电极组件的外部形状具有阶梯状台阶的结构。
[0029] 在运个结构中，全单体可W被如此构造，使得在在其中分隔物布置在电极板之间 的状态下彼此相邻的电极板中具有相对大的尺寸的电极板是负电极。
[0030] 在另一个具体实例中，基础单元单体可W具有比子单元单体更大的厚度、幅度和 宽度。另外，基础单元单体中的一个和与该基础单元单体相邻的全单体中的相应的一个可 W被如此构造，使得基础单元单体的电极板是负电极并且全单体的电极板是正电极。
[0031] 如在前描述地，通常，负电极的面积应该大于正电极的面积从而提高电池单体的 安全性并且防止电池单体容量的浪费，运将在下文中更加详细地描述。
[0032] 在在单元单体之间的界面处正电极和负电极的容量与面积的比率(N/巧k率)等于 或者大于构成具有相对大的面积的单元单体的正电极和负电极的容量与面积的比率(N/P 比率）。
[0033] 在其中在单元单体之间的界面处的N作比率低于构成具有相对大的面积的单元单 体的正电极和负电极的N/P比率的情形中，具有在其中安装的根据本发明的电极组件的裡 二次电池的性能和安全性可能劣化，运不是优选的。
[0034] 在单元单体之间的界面处彼此面对的正电极和负电极的N/巧k率与构成每一个单 元单体的正电极和负电极的N/P比率之比可W是1:巧Ij3:l、1:1到2:1，或者1:1到1.5:1。可 W使用W下方巧式1计貸N/化h率。
[0035]
-------方程式（1).
[0036] 在方程式(1)中，
[0037] 每单位面积负电极充电容量=每单位面积负电极加载水平(g/cm2) X负电极活性 材料率（％)X每单位重量的负电极充电容量(mAh/g)，
[0038] 负电极效率=(负电极放电容量/负电极充电容量）X 100，
[0039] 每单位面积的正电极设计容量=设计容量/被涂覆的正电极面积，并且
[0040] 设计容量二正电极加载水平(g/cm2) X正电极活性材料率（％) X每单位重量的正 电极充电容量(mAh/g)-不可逆负电极容量(mAh)。
[0041] 同时，可W使用W下方法测量每单位重量正电极充电容量、每单位重量负电极充 电容量、负电极放电容量和不可逆负电极容量。
[0042] 1)测量每单位重量正电极充电容量的方法:作为待评价的正电极制备半单体，相 反的电极由裡金属形成，当W低速率控制执行充电（在0.2C之后)时测量半单体的容量，并 且按照半单体的重量将测量容量标准化。
[0043] 2)测量每单位重量负电极充电容量的方法:作为待评价的负电极制备半单体，相 反的电极由裡金属形成，当W低速率控制执行充电（在0.2C之后)时测量半单体的容量，并 且按照半单体的重量将测量容量标准化。
[0044] 3)测量每单位重量负电极放电容量的方法:作为待评价的负电极制备半单体，对 电极由裡金属形成，当W低速率控制执行充电（在0.2C之后）时测量半单体的容量，并且按 照半单体的重量将测量容量标准化半单体制备负电极评价，相反的电极由裡金属形成，在 W低速率控制执行充电（在0.2C之后)之后，在放电时测量半单体的容量，并且按照半单体 的重量将测量容量标准化。
[0045] 4)测量每单位重量不可逆负电极容量的方法:测量在在负电极半单体充电和放电 一次时的容量之间的差异。
[0046] 5)每单位面积负电极加载水平的定义:在单位面积负电极集电器上涂覆的负电极 活性材料的重量。
[0047] 6)单位面积正电极加载水平的定义:在单位面积正电极集电器上涂覆的正电极活 性材料的重量。
[0048] 在构造成使得在电极组之间的界面处的N/巧k率高于构成具有相对大的面积的电 极组的正电极和负电极的N/巧k率的具体实施例中，构成第n电极组的正电极的加载水平和 构成第(n+1)电极组的正电极的加载水平可W是相等的，并且构成第(n+1)电极组的负电极 的加载水平可W高于构成第n电极组的负电极的加载水平。
[0049] 另外，构成第(n+1)电极组的负电极的加载水平和构成第n电极组的负电极的加载 水平可W是相等的，并且构成第n电极组的正电极的加载水平可W高于构成第(n+1)电极组 的正电极的加载水平。
[0050] 在此情形中，构成第n电极组的正电极和负电极的N/巧k率与构成在第n电极组上 堆叠的第(n+1)电极组的正电极和负电极的N作比率的比率可W是1:1。
[0051] 另外，构成在第n电极组上堆叠的第(n+1)电极组的正电极和负电极的N/巧k率可 W大于构成第n电极组的正电极和负电极的N作比率。
[0052] 运里，构成第n电极组的电极的尺寸或者面积可W大于构成第(n+1)电极组的电极 的尺寸或者面积。
[0053] 在构造成使得在电极组之间的界面处的N/巧k率高于构成每一个电极组的正电极 和负电极的N/巧k率的另一个具体实施例中，构成第(n-1)电极组的正电极的加载水平、构 成第n电极组的正电极的加载水平和构成第(n+1)电极组的正电极的加载水平可W是相等 的，并且构成第(n-1)电极组的负电极的加载水平和构成第(n+1)电极组的负电极的加载水 平可W高于构成第n电极组的负电极的加载水平。
[0054] 另外，构成第(n-1)电极组的负电极的加载水平、构成第n电极组的负电极的加载 水平和构成第(n+1)电极组的负电极的加载水平可W是相等的，并且构成第n电极组的正电 极的加载水平可W高于构成第(n-1)电极组的正电极的加载水平和构成第(n+1)电极组的 正电极的加载水平。
[0055] 在此情形中，构成第n电极组的正电极和负电极的N/巧k率与构成在第n电极组上 堆叠的第(n+1)电极组的正电极和负电极的N作比率的比率可W是1:1，并且构成第n电极组 的正电极和负电极的N/巧k率与构成沿着与基于平面的高度方向相反的方向在第n电极组 上堆叠的第(n-1)电极组的正电极和负电极的N作比率的比率可W是1:1。
[0056] 另外，构成在第n电极组上堆叠的第(n+1)电极组的正电极和负电极的N/巧k率可 W高于构成第n电极组的正电极和负电极的N作比率，并且构成沿着与基于平面的高度方向 相反的方向在第n电极组上堆叠的第(n-1)电极组的正电极和负电极的N/巧k率可W高于构 成第n电极组的正电极和负电极的N作比率。
[0057] 运里，构成第n电极组的电极的尺寸或者面积可W大于构成第(n-1)电极组的电极 和构成第(n+1)电极组的电极的尺寸或者面积。
[0058] 只要在在电极组之间的界面处的N/巧k率等于或者高于构成具有相对大的面积的 电极组的正电极和负电极的N/P比率，构成具有相对小的面积的电极组的正电极和负电极 的N/巧k率便可W等于或者大于构成具有相对大的面积的电极组的正电极和负电极的N/P 比率。
[0059] 另外，只要在在电极组之间的界面处的N/巧k率等于或者高于构成具有相对大的 面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率，构成具有相对小的面积的电极组的负电极的 加载水平便可W等于或者大于构成具有相对大的面积的电极组的负电极的加载水平。
[0060] 进而，只要在在电极组之间的界面处的N/巧k率等于或者高于构成具有相对大的 面积的电极组的正电极和负电极的N/P比率，构成具有相对小的面积的电极组的正电极的 加载水平便可W等于或者小于构成具有相对大的面积的电极组的正电极的加载水平。
[0061] 在电极具有相同的孔隙度的条件下，可W基于电极的厚度检查电极的装载水平。 可W使用离子刻蚀(ion milling)检查电极的厚度。
[0062] 在其中堆叠单元单体的结构或者其中堆叠电极组的结构中，具有相同极性的电极 板的电极突片可W从各个电极板突出从而电极突片被布置在共享同一条假想垂线的位置 处。
[0063] 目P，基于在具有相同极性的电极板中具有最小尺寸的电极板的电极突片在此处形 成的位置，其余的电极突片可W在具有最小尺寸的电极板的电极突片和其余电极突片在此 处共享假想垂线的位置处形成。
[0064] 例如，基于具有最小尺寸的正电极板的正电极突片在此处形成的位置，各个正电 极突片可W在各个正电极突片和具有最小尺寸的正电极板的正电极突片在此处共享假想 垂线的位置处形成。
[0065] 在W上结构中，该平面是任意平面。例如，该平面可W是地面或者垂直于地面的平 面。因此，可W沿着高度方向在平面上堆叠电极板。可替代地，可W沿着高度方向在垂直于 地面的平面上堆叠电极板。
[0066] 在下文中，为了理解方便，该平面可W指地面。在此情形中，从平面的高度方向可 W指与重力方向相反的方向，并且与高度方向相反的方向可W指重力方向。
[0067] 例如，在W上说明中的表述"电极板基于平面沿着高度方向堆叠"可W意味着电极 板可W被沿着重力的方向和/或沿着与重力相反的方向从地面堆叠。因此，电极板的堆叠方 向可W是重力方向和/或与重力相反的方向。
[0068] 具体地，可W在其中在分隔膜被置于各个电极组之间并且每一个电极组的一个侧 表面、另一个侧表面、或者一个侧表面和另一个侧表面被分隔膜包围的状态下堆叠具有不 同尺寸的两个电极组的情形中形成该阶梯状结构。
[0069] 另外，还可W在其中在分隔膜被置于各个电极组之间并且每一个电极组的一个侧 表面、另一个侧表面、或者一个侧表面和另一个侧表面被分隔膜包围的状态下堆叠具有不 同尺寸的=个电极组从而具有相反极性的电极板面对彼此的情形中形成该阶梯状结构。
[0070] 根据W上说明，本领域技术人员将易于理解具有=个或者更多个阶梯的结构，并 且将省略其详细说明。
[0071] 同时，子单元单体可W构造成具有如此结构，其中在分隔物被布置在全单体之间 的状态下，利用热和压力将两个或者更多个全单体结合到彼此，从而确保期望的刚性。
[0072] 在此情形中，每一个全单体可W构造成具有如此结构，其中分隔物、正电极、分隔 物、负电极和分隔物被顺序地堆叠，并且可W将固定部件添加到利用热和压力结合到彼此 的每一个全单体的一个侧表面从而确保堆叠结构的安全性。
[0073] 另外，可W堆叠单元单体使得电极端子被布置在相同的位置处。
[0074] 根据本发明的另一个方面，提供一种电池单体，该电池单体具有安装在电池外壳 中的、带有上述构造的电极组件。
[0075] 具体地，电极组件的单元单体的电极突片可W联接到单一电极引线W形成电池单 体的电极端子。
[0076] 例如，电池单体可W是具有安装在袋形外壳中的电极组件的袋形电池单体。然而， 本发明不限于此。
[0077] 具体地，袋形电池单体可W构造成具有如此结构，其中在电极组件连接到从电池 外壳向外突出的电极端子的状态下，电极组件安装在由包括树脂层和金属层的层压片制成 的电池外壳中。
[0078] 电池外壳被制造为具有足够的厚度W呈现预定的柔性从而在电池外壳处形成阶 梯状台阶。如果电池外壳的厚度太大，则当在电池外壳处形成台阶时，电池外壳可W由于缺 乏柔性而断裂。另外，电池单体的体积和重量增加。另一方面，如果电池外壳的厚度太小，贝U 电池外壳可能容易地由于外力而断裂。因此，电池外壳可W被制造为具有50到200皿的厚 度，此时电池外壳具有适当的柔性和耐久性。
[0079] 电池外壳可W包括上壳和下壳。上壳和下壳可W是独立的部件。可替代地，上壳和 下壳可W在其相应的端部处相互连接W构成单一部件。
[0080] 可W使用各种方法在电池外壳的接纳部处形成阶梯状台阶。例如，可W将电池外 壳插入具有在其内侧处形成的阶梯状台阶的模具中，并且可W将压力施加到该模具从而在 电池外壳的接纳部处形成阶梯状台阶。
[0081] 在另一个实例中，包括堆叠的电极或者具有不同尺寸的单元单体的电极组件被插 入电池外壳的接纳部中，并且将真空施加到电池外壳的接纳部中从而电池外壳的接纳部收 缩，由此在电池外壳的接纳部处形成阶梯状台阶。
[0082] 目P，电极组件构造成具有如此结构，其中多个电极或者单元单体具有不同的平面 尺寸。当电极组件被安装在电池外壳的接纳部中并且将真空施加到电池外壳的接纳部中 时，电池外壳响应于电极组件的外部形状而收缩，结果电池外壳变形，由此在电池外壳的接 纳部处形成阶梯状台阶。
[0083] 真空施加方法解决了只要电极组件的设计改变便应该制造新的电池外壳的问题 并且防止了其中应力局部地集中的现象。
[0084] 电池外壳的接纳部被形成为具有足够的尺寸W允许电极组件位于电池外壳的接 纳部中。在一个优选实例中，在此处形成阶梯状台阶的电池外壳的接纳部的一个部分可W 构造成在竖直截面上具有对应于台阶形状的弯曲结构。因此，当施加真空时，接纳部的弯曲 区域与电极组件形成接触从而移除在接纳部的弯曲区域和电极组件之间的余留空间，结果 收缩可W最小化。
[0085] 在一个具体实例中，电池外壳的接纳部可W构造成具有包括对应于电极组件的上 端的平面区域的半球形状。在此情形中，接纳部的半球区域变形，结果在接纳部处形成阶梯 状台阶。
[0086] 电池单体是裡离子电池或者裡离子聚合物电池。然而，本发明不限于此。
[0087] 通常，裡离子电池包括正电极、负电极、分隔物和包含裡盐的非水性电解溶液。
[0088] 可W例如通过将正电极活性材料、导电剂和结合剂的混合物施加到正电极集电器 并且干燥该混合物而制造正电极。根据需要，可W进一步将填料添加到该混合物。
[0089] 正电极活性材料可W是但是不限于：分层化合物，诸如裡钻氧化物化iCo〇2)或者 裡儀氧化物(LiNi〇2)或者由一种或者更多种过渡金属取代的化合物；由化学式LibxMm-X化 (其中X = O到0.33)代表的裡儘氧化物或者裡儘氧化物，诸如LiMn〇3、LiMn2〇3或者LiMn〇2;裡 铜氧化物化i2Cu〇2);饥氧化物，诸如LiV3〇8、LiFe3〇4、V2〇5或者C112V2O7;由化学式LiNii-xMx〇2 (其中M=Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或者Ga，并且x = 0.01到0.3)代表的Ni位址型裡儀氧化物； 由化学式^]\1112-^\?)2(其中]? = (：〇、化少6、灯、211或者1曰，并且义=0.01到0.1)或者化学式 Li2Mn3M〇8(其中M =化、Co、Ni、Cu或者化)代表的裡儘复合氧化物;具有部分地被碱±金属离 子取代的化学式的具有Li的LiMm化;二硫化合物;或者化2(Mo化)3。
[0090] 通常添加导电剂使得:基于包括正电极活性材料的化合物的总重量，导电剂具有1 到30重量％。导电剂不受特别限制，只要导电剂不在应用导电剂被的电池中诱发任何化学 变化的同时，导电剂呈现高导电性。例如，作为导电剂，可W使用：石墨，诸如天然石墨或者 人造石墨;碳黑，诸如碳黑、乙烘黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑或者夏黑；导电纤维，诸如 碳纤维或者金属纤维;金属粉末，诸如碳氣化物粉末、侣粉末或者儀粉末;导电晶须，诸如氧 化锋或者铁酸钟;导电金属氧化物，诸如氧化铁;或者聚亚苯基衍生物。
[0091] 结合剂是有助于在活性材料和导电剂之间的结合并且与集电器结合的成分。基于 包括正电极活性材料的化合物的总重量，结合剂通常被Wl到30重量％的量添加。作为结合 剂的实例，可W使用聚偏二氣乙締、聚乙締醇、簇甲基纤维素(CMC)、淀粉、径丙纤维素、再生 纤维素、聚乙締化咯烧酬、四氣乙締、聚乙締、聚丙締、乙締丙締二締 S元共聚物化PDM)、横 化EPDM、苯乙締聚下橡胶、氣橡胶和各种共聚物。
[0092] 填料是用于抑制正电极的膨胀的可选成分。关于填料无任何具体限制，只要在应 用填料的电池中，该填料不引起化学变化，并且由纤维性材料制成。作为填料的实例，可W 使用:締基聚合物，诸如聚乙締和聚丙締;和纤维性材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
[0093] 通过向负电极集电器施加并且干燥负电极活性材料而制备负电极。根据需要，可 W选择性地在负电极中包括上述成分。
[0094] 作为负电极活性材料，例如，可W使用:碳，诸如非石墨化碳或者石墨基碳;金属复 合氧化物，诸如LixFe2〇3(0 < X < 1)、LixTOs(0 < X < 1)、SrixMei-xMe ' yOz(Me:Mn、Fe、化、Ge;Me ' ： Al、B、P、Si、周期表的l、2和3族元素、面素 ;0<x。；l<y。；l<z<8);裡金属;裡合金;娃 基合金；锡基合金；金属氧化物，诸如 SnO、Sn〇2、PbO、Pb〇2、Pb2〇3、Pb3〇4、Sb2〇3、Sb2〇4、Sb2〇5、 〇6〇、66〇2、812〇3、812〇4或者812〇5;导电聚合物，诸如聚乙烘;或者^-(：〇-化基材料。
[00%]分隔物被布置在正电极和负电极之间。作为分隔物，例如可W使用呈现高离子渗 透性和高机械强度的绝缘性薄膜。分隔物通常具有0.01到10皿的孔隙直径和5到300皿的厚 度。作为用于分隔物的材料，例如使用由呈现耐化学性和疏水性的締聚合物，诸如聚丙締制 成的薄片或者无纺织物、玻璃纤维或者聚乙締。在其中固体电解质诸如聚合物被用作电解 质的情形中，固体电解质可W在功能上用作分隔物。
[0096] 包含裡盐的非水性电解溶液由极性有机电解溶液和裡盐构成。非水性液体电解溶 液、有机固体电解质或者无机固体电解质可W被用作电解溶液。
[0097] 作为非水性液体电解溶液的实例，可W提到非质子有机溶剂，诸如N-甲基-2-化咯 烧酬、丙締碳酸盐、乙締碳酸盐、下締碳酸盐、二甲基碳酸盐、二乙基碳酸盐、丫-下内醋、乙 二醇二甲酸、四径基巧喃（tetrahy化OWf uran )、2-甲基四氨巧喃、二甲基亚讽、1,3-二氧戊 环、甲酯胺、二甲基甲酯胺、二氧戊环、乙腊、硝基甲烧、甲酸甲醋、乙酸甲醋、憐酸S醋、S甲 氧基甲烧、二氧戊环衍生物、环下讽、甲基环下讽、1,3-二甲基-2-咪挫烧酬、丙締碳酸盐衍 生物、四氨巧喃衍生物、乙酸、丙酸甲醋和丙酸乙醋。
[0098] 作为有机固体电解质的实例，可W提到聚乙締衍生物、聚乙締氧化物衍生物、聚丙 締氧化物衍生物、憐酸醋聚合物、聚赖氨酸(poly agi化tion lysine)、聚醋硫化物、聚乙締 醇、聚偏二氣乙締和包含离子离解组的聚合物。
[0099] 作为无机固体电解质的实例，可W提到裡化i)的氮化物、面化物和硫酸盐，诸如 Li3N、LiI、Li5Nl2、Li3N-LiI-LiOH、LiSi〇4、LiSi〇4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4Si〇4、Li4Si〇4-LiI-LiOH 和 Li3P〇4-Li2S-SiS2。
[0100] 裡盐是在上述非水性电解溶液中能够易于溶解的材料，并且可W包括例如LiCU Li 化、LiI、LiCl〇4、LiBF4、LiBi〇Ch〇、LiPF6、LiCF3S〇3、LiCF3C〇2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、 C出SOsLi、C的S化Li、（C的S化)2化i、氯棚烧裡、低脂肪簇酸裡、裡四苯棚酸盐和酷亚胺。
[0101] 另外，为了改进充电和放电特性和阻燃性，例如，喀晚、亚憐酸=乙醋、=径乙基 胺、环酸、乙二胺、n-甘醇二甲酸、六憐酷S胺化exaphosphoriC triamide)、硝基苯衍生物、 硫横、酿亚胺染料、N-取代恶挫烧酬、N，N-取代咪挫嘟、乙二醇烷基酸、锭盐、化咯、2-甲氧基 乙醇、=氯化侣等可W被添加到非水性电解溶液。根据情况，为了赋予不燃性，非水性电解 溶液可W进一步包括包含面素的溶剂，诸如四氯化碳和乙締=氣化物。进而，为了改进高溫 存储特性，非水性电解溶液可W进一步包括二氧化碳气体。
[0102] 根据本发明的另一个方面，提供一种包括带有上述构造的电池单体作为电源的装 置。该装置可W选自移动电话、便携式计算机、智能电话、平板PC、智能板、上网本计算机、轻 型电动车辆化EV)、电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆和电力存储设 备。
[0103] 根据本发明进一步的方面，提供一种包括带有上述构造的两个或者更多电池单体 作为单元电池的电池组。即，该电池组构造成具有如此结构，其中作为单元电池的两个或者 更多电池单体相互串联和/或并联连接。该电池组可W在一种装置诸如移动电话、便携式计 算机、智能电话、平板PC、智能板、上网本计算机、轻型电动车辆化EV)、电动车辆、混合动力 电动车辆、插电式混合动力电动车辆或者电力存储设备中使用。
[0104] 在本发明所属技术领域中，该装置的结构和制造方法是众所周知的，并且将省略 其详细说明。
【附图说明】
[0105] 根据与附图相结合的W下详细说明，将更加清楚地理解本发明的W上和其它目 的、特征和其它优点，其中：
[0106] 图1是示出传统电池单体的总体结构的分解透视图；
[0107] 图2是示出根据本发明的一个实施例的电池单体的透视图；
[010引图3是图2的竖直截面视图；
[0109] 图4是示出根据本发明的一个实施例的电极组件的透视图；
[0110] 图5是典型地示出根据本发明的一个实施例的电极板堆叠体的结构的截面视图；
[0111] 图6是典型地示出根据本发明的另一个实施例的电极板堆叠体的结构的截面视 图；
[0112] 图7是典型地示出根据本发明的另一个实施例的单元单体的结构的截面视图；并 且
[0113] 图8是示出添加到图5的电极板堆叠体的固定部件的典型视图。
【具体实施方式】
[0114] 现在，将参考附图详细描述本发明的示例性实施例。然而，应该注意的是，本发明 的范围不受所示意的实施例限制。
[0115] 图2是示出根据本发明的一个实施例的电池单体的透视图，并且图3是图2的竖直 截面视图。
[0116] 参考图2和3,电池单体100构造成具有如此结构，其中电极组件120安装在由层压 片制成的袋形电池外壳110中。电连接到电极组件120的电极引线130从电池外壳110向外突 出。电池外壳110包括上壳111和下壳112。上壳111设置有其中安装电极组件120的接纳部 116。
[0117] 电极组件120包括具有不同尺寸的多个单元单体122、124和126。单元单体122、124 和126基于一平面在高度方向上堆叠。电池外壳110的接纳部116被构造成具有对应于单元 单体122、124和126在其中堆叠的结构的外部形状的阶梯状台阶114。
[0118] 具有上述结构的电池单体100可W被制造为具有各种容量和尺寸。结果，可W容易 地在其中难W安装传统电池单体的空间中安装电池单体100。另外，可W依赖于装置的内部 结构在装置的有限空间中安装具有增加的容量的电池单体。因此，能够最大化地利用装置 的内部空间。
[0119] 图4是典型地示出根据本发明的一个实施例的电极组件的透视图。
[0120] 参考图4,根据本发明的电极组件200构造成具有如此结构，其中使用单片型分隔 膜210缠绕具有相同尺寸的五个基础单元单体221、222、223、224和225^构成集成基础结构 220,并且基于基础单元单体221、222、223、224和225的平面沿着高度方向在集成基础结构 220上堆叠子单元单体231和232。
[0121] 基础单元单体221、222、223、224和225中的每一个是二分单体，二分单体构造成具 有如此结构，其中正电极和负电极在其中分隔物被分别地布置在正电极和负电极之间的状 态中被堆叠并且其中位于基础单元单体的相反的主表面处的电极具有相同的极性。具体 地，中间基础单元单体223与最外基础单元单体221和225是C型二分单体，它们每一个构造 成具有其中负电极位于基础单元单体的相反的主表面处的结构。位于最外基础单元单体 221和225与中间基础单元单体223之间的基础单元单体222和224是A型二分单体，它们每一 个构造成具有其中正电极位于基础单元单体的相反的主表面处的结构。
[0122] 子单元单体231和232中的每一个是全单体，其中位于子单元单体的相反的主表面 处的电极板具有不同的极性。子单元单体231和232具有相同的厚度但是不同的尺寸。子单 元单体231和232顺序地从电极组件200的下端向上堆叠从而具有较小尺寸的子单元单体位 于具有较大尺寸的子单元单体上。即，单元单体沿着由箭头示意的方向被顺序地向上堆叠。
[0123] 另外，子单元单体231和232具有比基础单元单体221、222、223、224和225更小的尺 寸。彼此面对的基础单元单体221和子单元单体232被如此构造，使得基础单元单体221的电 极板是负电极并且面对基础单元单体221的电极板的、子单元单体232的电极板是正电极。
[0124] 因此，电极组件200构造成具有混合结构，其中全单体型的子单元单体231和232被 沿着由箭头示意的方向堆叠在通过使用片型分隔膜210缠绕二分单体型主单元单体而形成 的集成基础结构220的上端上。结果，如与仅仅包括二分单体的电极组件相比较，能够增加 形成台阶240的子单元单体231和232的厚度的自由度。另外，如与仅仅包括全单体的电极组 件相比较，通过设置集成基础结构220,能够确保电池单体的期望刚性。
[0125] 图5是典型地示出根据本发明的一个实施例的电极板堆叠体的结构的截面视图， 并且图6是典型地示出根据本发明的另一个实施例的电极板堆叠体的结构的截面视图。
[0126] 图5所示电极板堆叠体被构造成具有如此结构，其中分隔板610、负电极板620、分 隔板630和正电极板640在被顺序地堆叠的同时彼此结合。
[0127] 图6所示另一个电极板堆叠体被构造成具有如此结构，其中分隔板710、负电极板 720和分隔板730在被顺序地堆叠的同时彼此结合。
[0128] 图7是典型地示出根据本发明的另一个实施例的单元单体的结构的截面视图。具 体地，单元单体构造成具有如此结构，其中具有图6所示结构的电极板堆叠体被堆叠在包括 多个电极板堆叠体的电极板堆叠体组的上端上，每一个电极板堆叠体具有图5所示结构。
[0129] 图8是示出添加到图5的电极板堆叠体的固定部件的典型视图。具体地，固定部件 Tl被添加到电极板堆叠体600的前表面或者侧表面。
[0130] 为了确保简单堆叠结构的安全性，可W将另外的条带固定部件添加到堆叠结构的 侧面从而固定该堆叠结构。如在图8(a)中所示，可W将带绕(taping)型固定部件附接到电 极板堆叠体600的前表面。可替代地，如在图8(b)中所示，可W使用固定部件T2固定仅仅电 极板堆叠体600的侧表面。
[0131] 在图5至化所示电极板堆叠体中，具有相同厚度的正电极或者负电极在被堆叠的同 时彼此结合W形成二分单体。可替代地，可W基于正电极和负电极被应用于此的电池单体 的形状或者尺寸，使用具有不同尺寸的正电极或者负电极形成全单体或者二分单体。
[0132] 虽然已经为了示意性的意图公开了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员 可W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，各种修 改、添加和替代都是可能的。
[0133] 工业实用性
[0134] 如根据W上说明清楚地，根据本发明的电极组件被构造成具有阶梯状台阶的混合 型电极组件。因此，能够容易地确保电池单体的安置空间，W最大地利用装置的内部空间。 另外，能够在装置中使用高容量电池单体并且进一步减小装置的尺寸。
[0135]进而，即使在其中由于电极组件和电池外壳的结构特征而有必要改变设计的情形 中，仍然能够容易地制造具有期望形状的电池单体。
【主权项】
1. 一种电极组件，所述电极组件包括单元单体，所述单元单体中的每一个由电极板堆 叠体构成，所述电极板堆叠体被构造成具有其中分隔物布置在包括正电极或者负电极的电 极板之间的结构，其中： 所述电极组件包括具有不同尺寸的两种或者更多种单元单体的组合， 所述单元单体基于一平面在高度方向上堆叠， 使用单片型分隔膜缠绕位于所述电极组件的下部处的两个或者更多个单元单体以构 成集成基础结构，所述两个或者更多个单元单体即为两个或者更多个基础单元单体，并且 除了所述基础单元单体之外的其它单元单体在分隔物布置在各个其它单元单体之间 的状态下被堆叠，所述其它单元单体即为子单元单体。2. 根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述两种或者更多种单元单体在每一个所述 单元单体的厚度、幅度(水平长度)和宽度(竖直长度）中的至少一方面是相互不同的。3. 根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述基础单元单体是二分单体，每一个所述 二分单体被构造成具有如下结构，即：其中一个或者多个正电极和一个或者多个负电极在 分隔物分别地布置在所述正电极和所述负电极之间的状态下被堆叠，并且其中位于所述基 础单元单体的相反的主表面处的电极具有相同的极性。4. 根据权利要求3所述的电极组件，其中，所述集成基础结构的两个最外面的二分单体 是C型二分单体，每一个所述C型二分单体被构造成具有其中负电极位于所述基础单元单体 的相反的主表面处的结构。5. 根据权利要求3所述的电极组件，其中，所述二分单体具有相同的尺寸。6. 根据权利要求1所述的电极组件，其中，每一个所述子单元单体是全单体，所述全单 体被构造成具有其中位于所述子单元单体的相反的主表面处的电极板具有不同极性的结 构。7. 根据权利要求6所述的电极组件，其中，所述子单元单体被顺序地从所述电极组件的 下端向上堆叠，使得具有较小尺寸的子单元单体位于具有较大尺寸的子单元单体上。8. 根据权利要求6所述的电极组件，其中，所述全单体被构造成使得:在所述分隔物布 置在所述电极板之间的状态下彼此相邻的电极板中具有相对大的尺寸的电极板是负电极。9. 根据权利要求6所述的电极组件，其中，所述子单元单体具有相同的厚度。10. 根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述基础单元单体具有比所述子单元单体 更大的厚度、幅度和宽度。11. 根据权利要求10所述的电极组件，其中，所述基础单元单体中的一个和与所述基础 单元单体相邻的所述全单体中的相应一个被构造成使得:所述基础单元单体的电极板是负 电极并且所述全单体的电极板是正电极。12. 根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述子单元单体被构造成具有如下结构， 即：在分隔物被布置在所述全单体之间的状态下，利用热和压力将两个或者更多个全单体 彼此结合。13. 根据权利要求12所述的电极组件，其中，所述全单体中的每一个被构造成具有如下 结构，即：分隔物、正电极、分隔物、负电极和分隔物被顺序地堆叠。14. 根据权利要求12所述的电极组件，其中，固定部件被添加到利用热和压力彼此结合 的所述全单体中的每一个的一个侧表面。15. 根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述单元单体被堆叠使得电极端子被布置 在相同的位置处。16. -种电池单体，所述电池单体具有根据权利要求1到15中的任一项所述的电极组 件，所述电极组件被安装在电池外壳中。17. 根据权利要求16所述的电池单体，其中，所述电极组件的单元单体的电极突片被联 接到单一电极引线，以形成所述电池单体的电极端子。18. 根据权利要求17所述的电池单体，其中，所述电池单体是袋形电池单体，所述袋形 电池单体具有安装在袋形外壳中的电极组件。19. 根据权利要求16所述的电池单体，其中，所述电池外壳被形成为具有对应于所述电 极组件的形状。20. 根据权利要求16所述的电池单体，其中，所述电池单体是锂离子二次电池或者锂离 子聚合物二次电池。21. -种电池组，包括两个或者更多个根据权利要求16所述的电池单体。22. -种装置，包括一个或多个根据权利要求16所述的电池单体或者一个或多个根据 权利要求21所述的电池组。23. 根据权利要求22所述的装置，其中，所述装置的系统部件位于所述电池单体或者所 述电池组的余留空间中。24. 根据权利要求22所述的装置，其中，所述装置选自移动电话、便携式计算机、智能电 话、智能板、上网本计算机、轻型电动车辆(LEV)、电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合 动力电动车辆和电力存储设备。
【文档编号】H01M2/02GK105830266SQ201480065337
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2014年11月4日
【发明人】金永焄, 申荣埈, 权盛振, 金东明, 金基雄
【申请人】株式会社Lg化学