具有其中形成有多个电极接片的单元电极的袋型电池单元的制作方法

本申请要求于2015年10月22日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0147175号的优先权和权益，，通过引用将上述专利申请的整体内容结合在此。

本发明涉及一种包括其中形成有多个电极接片的单元电极的袋型电池单元。

背景技术：

随着信息技术(information technology)的飞速发展，各种便携式的信息及通信装置已普及，因此，21世纪正在发展成为无论何时何地都能够提供高质量的信息服务的“无处不在的社会”。

锂可再充电电池在这样一个无处不在的社会的发展基础中占有重要地位。具体地，能够被充电和放电的锂可再充电电池不仅被广泛地用作无线移动装置的能源，还用作解决使用化石燃料的常规汽油车辆和柴油车辆的空气污染问题所建议的电动车辆、混合动力车辆等的能源。

如上所述，由于应用锂可再充电电池的装置是多样化的，因此锂可再充电电池已被多样化以提供适用于所应用的设备的输出和容量。

锂可再充电电池根据其形状可分为圆柱型电池单元、棱柱型电池单元、袋型电池单元等。其中，袋型电池单元由于其能够以高集成度进行堆叠、具有高的单位重量能量密度、且价格便宜并易于变形，因此已备受关注。

具体地，袋型电池单元可设置为高输出/高容量电池单元，以便安装在需要高容量电池的装置中，诸如电动车辆、混合动力车辆、能量存储系统(ESS)等。

图1示意性地示出包括堆叠型电极组件的典型袋型电池单元的一般结构。

参照图1，电池单元10具有如下的结构：其中由正极、负极以及置于正极和负极之间的隔板形成的电极组件30嵌入于袋型电池壳体20中，电极组件30的正极接片31和负极接片32分别焊接到两个电极引线40和41并且随后被密封以暴露于电池壳体20的外部。

电池壳体20设置为诸如铝层压片之类的软包装材料，以及包括有能够安装电极组件30于其中的凹形接纳部23的壳体主体21和其一侧连接到壳体主体21的盖22。

除图1所示的堆叠型结构以外，在电池单元10中使用的电极组件30还可具有包卷型结构或堆叠/折叠型结构。堆叠型电极组件30的多个正极接片31和多个负极接片32分别焊接到电极引线40和电极引线41。

这样的电池单元10可通过扩大电极组件30的水平面积而被设置为高输出/高容量电池，以便安装在需要高容量电池的装置中。然而，随着电极组件30的水平面积扩大，电极组件30的电化学反应仅发生在电极接片31和电极接片32的外围，因而电池的容量无法有效地使用。

因此，需要能够解决这种问题的电池单元。

技术实现要素：

技术问题

已做出本发明以解决现有技术的上述问题和常规技术问题。

已做出本发明以提供一种电池单元，通过控制电极组件的电化学反应在整个电极组件中均匀地产生，从而即使通过电极组件的尺寸增加来形成高输出/高容量电池单元，所述电池单元也能够有效利用电池容量。

技术方案

为了解决这样的目的，根据本发明示例性实施方式的电池单元包括：

电极组件，所述电极组件具有如下的结构，其中正极、负极和隔板被层压，正极和负极的每一个在平面上具有2×n(n≥2)条侧边，隔板置于正极和负极之间，其中正极接片设置在正极的第一侧边至第2n侧边中奇数侧边的每一个中，负极接片设置在第一侧边至第2n侧边中偶数侧边的每一个中，且因此正极接片和负极接片在平面上沿着这些侧边交替地形成；

电极端子，所述电极端子分别置于电极组件的第一侧和第二侧、或者第三侧上，在所述第一侧和第二侧中放置有最外侧电极，所述第三侧是垂直于第一侧和第二侧的、电极组件的侧表面，并且所述电极端子电连接到正极接片和负极接片；以及

电池壳体，所述电池壳体具有在电极端子部分地暴露于外部的同时包围电极组件的外表面的结构。

在此，n可表示大于2的自然数。因此，正极和负极可具有在平面上具有四条侧边、六条侧边、八条侧边等的多边形的形状，正极接片可设置在诸如第一侧边、第三侧边、第五侧边等的奇数侧边上，负极接片可设置在诸如第二侧边、第四侧边、第六侧边等的偶数侧边上。

根据这样的结构，多个正极接片和多个负极接片以与在正极和负极的平面上所形成的侧边的数量成比例地设置为彼此间隔一距离，并因此通过控制电极组件的电化学反应在整个电极组件中均匀地产生，从而即使通过电极组件的尺寸增加来形成高输出/高容量电池单元，电池容量也能够被有效地利用。

电极组件可具有堆叠型结构或层压/堆叠型结构。

堆叠型结构和层压/堆叠型结构如下。

堆叠型结构的单元电池可通过如下方式制造：将切割成预定尺寸的隔板置于正极板和负极板之间，所述正极板和负极板的每一个是通过将电极混合物涂布到金属集电器上、将被涂布的集电器进行干燥、将被干燥的集电器进行施压、将被施压的集电器切割成预定尺寸而制得，然后将正极板、隔板和负极板进行层压。

层压/堆叠型结构的单元电池可通过如下方式制造：将电极混合物涂布到金属集电器上，将被涂布的集电器进行干燥，将被干燥的集电器进行施压，将其切割成预定尺寸，然后将负极、隔板、正极和隔板从底部顺序地进行层压。

电极组件可在平面上形成为四边形的形状，但是取决于电池单元安装于其中的装置的形状，电极组件可形成为圆形、椭圆形、三角形、或多边形的形状。

电池壳体可以由包括树脂外层的层压片、阻挡金属层、和具有热熔性的树脂密封层而形成。

由于树脂外层要求对外部环境具有优异的耐受性，因此树脂外层必须具有高于预定水平的拉伸强度和耐候性。因此，作为外侧树脂层的聚合物树脂，可优选地使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和拉伸尼龙膜。

可优选使用铝作为阻挡金属层，以便起到防止诸如气体、湿气等的异物流入或泄漏的作用以及起到提高电池壳体的强度的作用。

树脂密封层具有热结合性(热粘着性)和具有用于防止电解质溶液渗透的低吸湿性，并且可优选使用不膨胀或不被电解质溶液侵蚀的聚烯烃树脂。更优选地，可使用流延聚丙烯(CPP)。

取决于电池单元安装于其中的装置，电池单元的尺寸可以不加限制地确定(即，n可以没有限制地确定)，但是考虑到电池单元的制造条件，n可优选地确定在2≤n≤10的范围内。

也就是说，根据本发明的示例性实施方式的电池单元的电极和隔板可具有在一个平面上具有4条侧边、6条侧边、……、或20条侧边的形状。

在本发明的一个示例性实施例中，正极、负极和隔板可在平面上形成为六边形(即，n是3)的形状。

具体地，电极组件可具有通过层压多个电极和隔板而形成的六角杆的形状。

正极端子可置于电极组件的第一侧上，负极端子可置于作为第一侧的相反侧的第二侧上。

例如，第一侧可以是电极组件的最顶端电极的水平面上的一侧，第二侧可以是电极组件的最底端电极的水平面上的一侧。

电极端子可由具有与第一侧和第二侧相对应的形状的金属板而形成。也就是说，电极端子可分别地形成为与电极组件的第一侧的外周形状和第二侧的外周形状分别地相对应的形状。

参照相应的第一侧和第二侧的表面积，电极端子可具有50％至120％的尺寸。

在电极端子的一个详细的示例性实施方式中，参照相应的第一侧和第二侧的表面积，电极端子可具有50％以上至100％以下的尺寸，并且正极接片和负极接片可在第一侧和第二侧中向内弯曲并因此连接到电极端子的外表面。当电极端子具有少于第一侧和第二侧的表面积的50％的尺寸时，电池的输出会劣化。另一方面，当电极端子的尺寸超过第一侧和第二侧的表面积的100％时，电极端子部分地暴露在第一侧或第二侧上，从而会难以形成紧凑的电池。

在电极端子的另一详细的示例性实施方式中，参照相应的第一侧和第二侧的表面积，电极端子可具有大于100％至120％以下的尺寸，并且正极接片和负极接片可从第一侧和第二侧向外弯曲并因此连接到电极端子的外表面。在这样的结构中，超过第一侧和第二侧的表面积的尺寸的100％的外周部向电极组件的中心部弯曲，然后被附着至电极组件的第三侧上，从而能够形成紧凑的电池单元。

在本发明的一个示例性实施方式中，可在电池壳体中形成第一开口和第二开口，经由所述第一开口部分地暴露正极端子，经由所述第二开口部分地暴露负极端子。

具体地，第一开口和第二开口可具有参照电极端子的尺寸的30％至90％的尺寸。当第一开口和第二开口的尺寸小于电极端子的尺寸的30％时，电极组件、电极端子和装置连接的接触面积减小，由此导致电池的输出劣化。另一方面，当第一开口和第二开口的尺寸超过电极端子的尺寸的90％时，由于开口尺寸过大之故，电池的密封性会劣化。

绝缘膜可分别地置于第一开口和第二开口的内周与电极端子的外周之间。绝缘膜置于电池壳体和电极端子之间以有助于改善电池单元的密封性能，并且当电池壳体设置为层压片时，通过绝缘膜能够防止由于暴露于层压片的端部的金属层与电极端子之间的接触而导致的短路。

在电极接片的一个示例性实施方式中，电极接片可具有如下的结构：其中第一弯曲部是通过从电极突出并且沿第一侧或第二侧的方向弯曲而形成，第二弯曲部是通过从第一弯曲部延伸并且在对应于第一侧或第二侧的位置处向电极端子的方向弯曲而形成。因此，多个电极接片可在彼此接触的同时接触置于第一侧或第二侧上的电极端子。

具体地，电极接片的端部可在彼此重叠的同时通过焊接而连接到电极端子。

在根据本发明的电池单元的另一示例性实施方式中，电极端子可置于第三侧上，并且在这种情况下，电极端子的尺寸可以与第三侧的尺寸相对应。

电极端子可包括沿着第一侧的方向设置的第一电极端子和沿着第二侧的方向设置的第二电极端子，绝缘构件可设置在第一电极端子和第二电极端子之间。

绝缘构件是由电绝缘材料制成，例如可以由聚烯烃树脂制成，但这并不是限制性的。

具体地，第一电极端子可以是正极端子，第二电极端子可以是负极端子。

在这样的结构中，电极端子可具有与第三侧的形状相对应的四边形板的形状。

具体地，电极端子可具有2×n个棱柱形中空结构，其中多个四边形板的侧边被连接以用于接纳电极组件。

在这样的结构中，电池壳体可包括置于第一侧上的第一壳体和置于第二侧上的第二壳体。

具体地，沿着电极端子的方向弯曲并且从电极端子突出的盖部可形成在第一壳体和第二壳体的外周表面中，以便部分地覆盖电极端子的相对端部的每一个。

另外，绝缘膜可设置于电极端子和盖部之间。绝缘膜可置于电池壳体和电极端子之间以帮助改善电池单元的密封性能，并且当电池壳体设置为层压片时，通过绝缘膜能够防止由于暴露于层压片的端部的金属层与电极端子之间的接触而导致的短路。

在电极接片的另一示例性实施方式中，电极接片可具有如下的结构：其中第三弯曲部是通过从电极突出并且沿着第一侧或第二侧的方向弯曲而形成，且第一接触部从第三弯曲部沿着第一侧或第二侧的方向延伸。

粘合构件可置于电极端子和电池壳体之间以改善电池单元的密封性能。粘合构件改善了电极端子和电池壳体之间的粘着性以改善电池单元的密封性能。

电池单元可以是锂可再充电电池，或者具体地，可以是锂离子电池或锂离子聚合物电池。

通常，锂可再充电电池包括正极、负极、隔板、和含锂盐的非水电解质溶液。

正极是通过如下方式制备：例如，将正极活性材料、导电材料、和粘合剂的混合物涂布在正极集电器上，然后将所得物进行干燥。或者，可以将填料进一步添加到混合物中。

正极活性材料可以是层状化合物，诸如锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)、和类似物，或由一种或多种过渡金属所取代的化合物；由化学式Li_1+xMn_2-xO₄(其中x＝0-0.33)所表示的锂锰氧化物，诸如LiMnO₃、LiMn₂O₃、和LiMnO₂；铜氧化物，诸如锂铜氧化物(Li₂CuO₂)；钒氧化物，诸如LiV₃O₈、LiFe₃O₄、V₂O₅、Cu₂V₂O₇、和类似物；由化学式LiNi_1-xM_xO₂(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B、或Ga，且x＝0.01-0.3)所表示的Ni位型锂镍氧化物；由化学式LiMn_2-xM_xO₂(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn、或Ta，且x＝0.01-0.1)或化学式Li₂Mn₃MO₈(其中M为Fe、Co、Ni、Cu、或Zn)所表示的锂锰复合氧化物；具有化学式中的一部分Li用碱土金属离子取代的LiMn₂O₄；二硫化合物；Fe₂(MoO₄)₃；和类似物；但是并不局限于此。

基于包括阴极活性材料在内的混合物的总重量，通常以1重量％-30重量％添加导电材料。这样的导电材料并没有特别地限定，只要其具有导电性并不引起在电池中的化学变化即可，其实例包括：石墨，诸如天然石墨和人工石墨；碳化合物，诸如炭黑、乙炔黑、Ketjen黑、槽法炭黑、炉法炭黑、灯黑、以及热炭黑；导电纤维，诸如碳纤维和金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳粉末、铝粉、和镍粉；导电晶须，诸如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，诸如钛氧化物；导电材料，诸如聚苯撑的衍生物；和类似物。

粘合剂是有助于活性材料与导电材料之间的结合以及有助于结合到集电器的一种组分，且基于包括阴极活性材料在内的混合物的总重量，典型地以1重量％-30重量％的量来添加粘合剂。粘合剂的实例包括：聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯丁二烯橡胶、氟橡胶、各种共聚物、和类似物。

填料是选择性地用作抑制正极膨胀的组分，并且没有特别地限定，只要其是纤维材料并且不引起在电池中的化学变化即可，填料的实例包括：烯烃基聚合物，诸如聚乙烯和聚丙烯；纤维材料，诸如玻璃纤维、碳纤维；和类似物。

负极是通过如下方式制造：将负极活性材料在负极集电器上施加并干燥，并且如果需要，还可进一步可选地包括上述成分。

负极活性材料的实例包括：碳，诸如非石墨化碳和石墨碳；Al、B、P、Si、元素周期表第1族元素、Li_xFe₂O₃(0≤X≤1)、Li_xWO₂(0≤X≤1)、Sn_xMe_1-xMe’_yO_z(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me’：Al、B、P、Si、元素周期表第1、2和3族元素、或卤素；0<x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；金属复合氧化物；锂金属；锂合金；硅系合金；锡系合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO₂、PbO、PbO₂、Pb₂O₃、Pb₃O₄、Sb₂O₃、Sb₂O₄、Sb₂O₅、GeO、GeO₂、Bi₂O₃、Bi₂O₄、和Bi₂O₅；导电聚合物，诸如聚乙炔；Li-Co-Ni系材料；和类似物。

隔板和隔膜是插置于正极和负极之间，并使用具有高的离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜。隔板的孔径大约是0.01μm-10μm，并且厚度大约是5μm-300μm。作为隔板，举例来说，可使用诸如聚丙烯的烯烃聚合物，其为耐化学的和疏水的；或者由玻璃纤维、聚乙烯、或类似物制成的片或无纺布。当使用诸如聚合物之类的固体电解质作为电解质时，固体电解质也可用作隔板。

含锂盐的非水电解质溶液是由极性有机电解质溶液和锂盐形成的。作为电解质溶液，可使用非水液体电解质、有机固体电解质，无机固体电解质、和类似物。

作为非水电解质溶液，例如，能够使用非质子有机溶剂，诸如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、焦磷酸甲酯、丙酸乙酯、和类似物。

作为有机固体电解质，例如，可使用包括聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、多聚赖氨酸(agitation lysine)、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯在内的聚合物、含有离子解离基团的聚合物、和类似物。

作为无机固体电解质，例如，可使用锂的氮化物、锂的卤化物、或锂的硫化物，诸如Li₃N、LiI、Li₅NI₂、Li₃N-LiI-LiOH、LiSiO₄、LiSiO₄-LiI-LiOH、Li₂SiS₃、Li₄SiO₄、Li₄SiO₄-LiI-LiOH、Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂、和类似物。

锂盐是一种可溶于非水电解质的物质，并且例如，可使用LiCl、LiBr、LiI、LiClO₄、LiBF₄、LiB₁₀Cl₁₀、LiPF₆、LiCF₃SO₃、LiCF₃CO₂、LiAsF₆、LiSbF₆、LiAlCl₄、CH₃SO₃Li、CF₃SO₃Li、(CF₃SO₂)₂NLi、氯硼烷锂、低级脂肪族羧酸锂、4-苯硼酸锂、酰亚胺、和类似物。

此外，出于改进充电-放电特性以及阻燃性的目的，非水电解质也可以包括，例如，吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、乙二醇二甲醚、六磷酸酯三酰胺、苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的恶唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝、和类似物。在一些情况下，为了赋予不燃性，可进一步加入含卤溶剂，诸如四氯化碳或三氟乙烯，或者，为了改进高温储存特性，可进一步加入二氧化碳气体。

本发明提供一种电池组，所述电池组包括至少一个电池单元。

本发明还提供一种装置，所述装置包括所述电池组作为电源。

所述装置可选自手机、可穿戴电子装置、便携式电脑、智能平板、上网本、轻型电子车辆(LEV)、电动车辆、混合动力车辆、插电式电动车辆、和电力存储装置。

上述装置或设备在本领域中是公知的，因而在此将省略其详细描述。

附图说明

图1是常规的锂可充电电池的分解图。

图2是根据本发明的示例性实施方式的电池单元的透视图。

图3是将图2的电池壳体从其中移除的电池单元的俯视平面图。

图4是图3的电池单元的垂直截面图。

图5是根据本发明的另一示例性实施方式的电池单元的透视图。

图6是将图5的电池壳体从其中移除的电池单元的俯视平面图。

图7是图5的电池单元的垂直截面图。

具体实施方式

在下文中，参照附图详细地描述本发明的示例性实施方式，但本发明的范围并不受限于此。

图2是根据本发明的示例性实施方式的电池单元的示意性透视图，图3是将图2的电池壳体从其中移除的电池单元的示意性俯视平面图，图4是图3的电池单元的示意性垂直截面图。

参考图2至图4，电池单元100是由电极组件110、电极端子120和电池壳体130形成。

电极组件110具有如下的结构：其中正极111、负极112和隔板(未示出)堆叠在一起。在此，隔板是置于正极111与负极112之间并具有与正极111和负极112相对应的形状。

电极组件110形成为六角杆的形状，且正极111和负极112各自形成为具有六个平面侧边的六边形的形状。正极接片113形成在正极111的第一侧边111a、第三侧边111b和第五侧边111c中，负极接片114形成在负极112的第二侧边112a、第四侧边112b和第六侧边112c。

在一个平面上，正极接片113和负极接片114沿着这些侧边交替地排列。

正极端子121置于第一侧123上，所述第一侧123是电极组件110的最顶端负极112置于其中的最顶侧，负极端子122置于第二侧124上，所述第二侧124是电极组件110的最底端负极112置于其中的最底侧，并且正极接片113和负极接片114分别地连接到正极端子121和负极端子122。

电极端子120具有第一侧123的面积和第二侧124的面积的100％的尺寸。

在电极端子120的中心部暴露于外部的同时，电池壳体130围绕电极组件110的外表面。具体地，第一开口131形成在电池壳体130的上端侧中，经由所述第一开口131，正极端子121被部分地暴露；并且第二开口132形成在电池壳体130的下端侧中，经由所述第二开口132，负极端子122被部分地暴露。

第一开口131和第二开口132具有电极端子120的尺寸的90％的尺寸。

第一弯曲部115和116以及第二弯曲部117和118形成在电极接片113和114中。第一弯曲部115和116从电极111和112突出并向第一侧123或第二侧124弯曲，第二弯曲部117和118从第一弯曲部115和116延伸并在对应于第一侧123或第二侧124的位置处向电极端子121和122弯曲。

电极接片113和114通过焊接结合到电极端子120。

图5是根据本发明另一示例性实施方式的电池单元的示意性透视图，图6是将图5的电池壳体从其中移除的电池单元的示意性俯视平面图，图7是图6的电池单元的示意性垂直截面图。

参考图5至图7，在电池单元200中，电极端子220置于作为电极组件210的侧表面的第三侧225上，正极接片213和负极接片214分别地电连接到正极端子221和负极端子222。

电极端子220是由四边形板形成，并且电极端子220形成为接纳电极组件210的六角杆的形状。

具体地，电极端子220是由沿着第一侧223的方向形成的正极端子221和沿着第二侧224的方向形成的负极端子222而形成，电绝缘构件240置于正极端子221和负极端子222之间。

电池壳体230是由置于第一侧223上的第一壳体231和置于第二侧224上的第二壳体232而形成。

盖部233设置在第一壳体231和第二壳体232的每一个的外周表面中，以便部分地覆盖电极端子220的相对端部。盖部233向电极端子220的方向弯曲并由此突出。

电极接片213和214的每一个具有如下的结构：其中第三弯曲部215和216是通过从电极211和212突出并向第一侧223或第二侧224的方向弯曲而形成，第一接触部217是通过沿着第一侧223或第二侧224的方向延伸而形成。

除了电极端子和电池壳体之外的结构与参考图2至图4所描述的示例性实施方式的结构相同，因而将不再进一步提供详细描述。

尽管已参照本发明的示例性实施方式具体地示出和描述了本发明，但是本领域技术人员将会理解，在不背离如所附权利要求书所定义的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种形式和细节上的改变。

工业实用性

如上所述，在根据本发明的电池单元中，多个正极接片和多个负极接片彼此形成一定距离，分别与在正极和负极的平面上所形成的侧边的数量成比例，并因此通过控制电极组件的电化学反应在整个电极组件中均匀地产生，从而即使通过电极组件的尺寸增加来形成高输出/高容量电池单元，电池容量也能够被有效地利用。