具有形成在电极板上的缩进部的电极组件、以及包括所述电极组件的二次电池的制作方法

本申请要求于2015年12月14日提交的韩国专利申请第10-2015-0177861号的优先权益，并且在该韩国专利申请的文献中公开的所有信息都被包括作为说明书的一部分。

本发明涉及一种电极组件和包括所述电极组件的二次电池，并且更具体地，涉及一种电极组件，所述电极组件包括从电极板向外延伸的电极接片，并且具有从电极接片的相对侧的下端沿与电极接片的延伸方向相反的方向而形成的缩进部。

背景技术：

对移动装置的需求已增加，且对作为化石燃料的替代能源的可再充电电池的需求已急剧增加。在这样的可再充电电池中，锂二次电池具有高的能量密度和放电电压，对于锂二次电池已进行了许多研究并且它们已经被商业化且广泛地使用。

通常，锂二次电池是通过以下方式形成的：将形成为包括正极、负极和插置于其间的隔板的电极组件进行安装，所述电极组件在金属罐或层压片制得的电池壳体中进行堆叠或缠绕，然后注入或浸渍电解质溶液。

近年来，由于电池的高容量，壳体增大和用薄材料加工已备受关注。因此，具有其中堆叠的或堆叠/折叠的电极组件嵌入由铝层压片制成的袋形电池壳体中的结构的袋形电池因低制造成本、轻质且易于变形而逐渐增加使用。

图1是示出典型的常规袋形二次电池的一般结构的示意性的分解透视图。

参照图1，袋形二次电池10包括电池壳体20和以浸渍有电解液的状态、容纳在电池壳体的储存部中的电极组件30。

电极组件30是电力产生装置，其中诸如电极板30a之类的正极板和负极板与插置于其间的隔板顺序地堆叠在一起，从而具有堆叠的结构、堆叠/折叠的结构、或层压/堆叠的结构。电极接片33和34从电极组件30的每个电极板延伸出来，并且电极引线35和36通过例如焊接而电连接至从每个电极板延伸出来的电极接片33和34，并且部分地暴露于电池壳体20的外侧。除此之外，用于改善与电池壳体20的密封并确保电绝缘状态的引线膜37和38是附着至电极引线35和36的上下表面的部分。

电池壳体20是由铝层压片形成的，其提供用于容纳电极组件30的空间，并具有大致袋形的形状。

构成电极组件30的电极板通常通过以下方式制造：将包含电极活性材料的电极混合物施加至金属收集器然后进行干燥和辊轧以增加其刚性和密度。

图2示意性地示出构成图1的电极组件的电极板30a的俯视平面图。

电极板30a包括电极体31和从所述电极体31的一侧延伸出来的电极接片33，电极体31在除了其上端之外是涂布有包含电极活性材料的电极混合物。

电极接片33可通过焊接等与电极引线35连接，电极板可包括未涂布区域，所述未涂布区域未施加混合物以确保其间的连接空间。暴露集电器的未涂布区域可能是薄的金属箔，其易受物理冲击，且特别是在电极材料混合物的热辊轧期间可能发生破裂和损坏。

除此之外，随着未涂布区域的面积增加，由电极板所容纳的活性材料的量相对地减少，并且因此未涂布区域的体积相对于其容量增加。

因此，非常需要能够一次性解决这些问题的技术。

技术实现要素：

技术问题

本发明致力于解决现有技术的上述问题和过去的技术问题。

具体地，本发明致力于提供一种电极组件，所述电极组件能够通过在电极接片从其延伸的相对侧的下端处形成缩进部来确保在电极接片和电极引线之间的耦接空间，并且能够通过减小未涂布区域的面积来改善辊压工艺的稳定性和可用性。

本发明也致力于提供一种包括所述电极组件的二次电池，其具有相较于体积而增加的容量。

技术方案

本发明的示例性实施方式提供一种包括至少两个电极板和插置于该电极板之间的隔板在内的电极组件，其中电极板的每一个包括：电极体，所述电极体包括集电器和至少一个电极接片，所述集电器具有施加有包含电极活性材料的电极混合物的一个表面或相对的表面，所述至少一个电极接片从电极体的一侧向外延伸且包括未施加电极混合物的集电器；和缩进部，所述缩进部从至少一个电极接片的相对侧的下端沿着与其中电极接片向外延伸的电极体的一侧上的至少一个电极接片的向外延伸方向相反的方向而形成，并且电极板的至少一个电极接片耦接至电极引线。

具体地，根据示例性实施方式，电极组件包括其中沿着与电极接片的向外延伸方向相反的方向在电极接片的相对侧的下端处形成有缩进部的电极板，以便减小焊接所需的未涂布区域，由此提供一种具有相对于其体积而增加的容量的二次电池。

在堆叠的电极组件中，电极板和隔板交替地堆叠于其中的堆叠体，所述堆叠体具有与连接于电极体的电极引线不同的厚度，所述电极引线从电极体向外延伸形成。

例如，当隔板和电极板的堆叠体具有10mm的厚度并且电极引线具有0.2mm的厚度时，与电极引线位于同一平面的电极接片不需要被弯曲。随着与其距离的增加，电极接片的弯曲角度因厚度差而增加，高应力作用于其上。因此，电极接片需要具有一预定的长度，并且远离电极引线的电极接片需具有更长的电极接片。

电极混合物不施加于电极接片，并且出于与上述相同的原因，常规的电极板必须确保包括电极接片在内的未涂布部的预定范围。

因此，随着根据本发明的示例性实施方式的电极组件通过在电极接片的相对侧的下端处引入缩进部来减小包括电极接片在内的未涂布区域的面积，集电器的弯曲角度和应力得以减轻，并且即使在轧压时，它们也不会破裂，从而提高可加工性。

具体地，电极板可包括正极板和负极板，且负极板的面积可相对地大于正极板的面积。

在这种情况下，形成在负极板中的缩进部的面积可相对地大于形成在正极板中的缩进部的面积。

形成在正极板和负极板中的缩进部可具有彼此对应的形状，从而它们可具有相对于穿过正极接片和负极接片的中心线对称的结构。

具体地，在正极接片和负极接片在一个方向上形成且比相对小的正极板更大的负极板在形成有电极体的电极接片的一侧方向上突出的情况下，负极接片的缩进部的面积可比所述正极接片的缩进部的面积更宽。

在平面视图中，缩进部的每一个可具有多边形、半圆形、半椭圆形、和具有至少一个弯曲侧的多边形中的至少一种形状。

具体地，缩进部的每个外圆周侧可包括半圆形弯曲部和从该弯曲部延伸的一个或两个直线部。

直线部具有与以常规的电极板形式向外突出的电极接片基本相同的功能。随着直线部的长度增加，应力缓解部增加，从而随着远离电极引线的电极板增加，缩进部的直线部增加。

弯曲部将应力减至最小并防止电极板破裂。当缩进部的外圆周侧包括未弯曲部并且是通过直线简单地形成时，可能会形成弱点，这不是优选的。

在这种情况下，弯曲部可具有在1mm至6mm范围内的半径，优选地可以是2mm至4mm范围。

当弯曲部的半径超出上述范围且弯曲部的半径大于6mm时，由于直径为12mm而导致缩进部的宽度可能会太大。当半径小于1mm时，难以形成弯曲部。

弯曲部的形状只要不具有顶点并没有特别限制，并且所有点处的曲率不是必须要等于半径。

直线部的每个长度可在0mm至5mm的范围内，优选地可以是1mm至3mm的范围。

如上所述，直线部的长度越长，用于缓解应力的区域越大，且提供与电极接片的长度增加基本相同的效果。

因此，电极组件可具有这样的结构：其中随着电极板离电极引线更远，缩进部的直线部逐渐地增加。然而，即使在这种情况下，直线部的长度也优选地满足上述范围，并且当直线部的长度太长而超过上述范围时，在电极混合层中会发生破裂。特别地，当其超过电极板长度的50％时，电极板会分离，这不是优选的。

直线部不需要总是包括在内。在这种情况下，直线部的长度是0mm，并且缩进部具有半圆形或半椭圆形的形状。

同样地，缩进部的每个面积可在10.0mm²至40.0mm²的范围内，不包括两端。具体地，其可在15.0mm²至30.0mm²的范围内，不包括两端，但可根据二次电池的用途和形状进行各种应用，并且没有特别限制。

缩进部相对于电极接片可以是对称的或不对称的。例如，缩进部可具有对称的形状。

这种缩进部可通过冲压电极板而形成。冲压工艺可在制备集电器的工艺中执行，但可在施加电极混合物之后以及在辊轧和干燥工艺之后执行。

电极接片的长度可在2.0mm至10.0mm的范围内，优选地可以是3.0mm至8.0mm的范围。

电极接片和电极引线的连接工艺是通过焊接(特别是超声波焊接)来实施，以具有至少2.0mm的宽度，从而使焊头与其接触并保持接合力。例如，当电极接片的长度小于2.0mm时，则难以与电极引线接合，这不是优选的。

除此之外，由于难以在电极接片的端部处进行焊接，因此电极接片可具有约1.0mm以上，或者3.0mm以上的边缘。

如上所述，电极接片对应于未施加电极混合物的未涂布部，并且在根据本发明的示例性实施方式的电极组件中，未涂布部可确定于不会导致电极混合物层开裂且不会在焊接等过程中引起断裂的范围内。

因此，包括电极接片在内的未涂布部不必基于电极体的一侧或缩进部的最内侧，并且可考虑到焊接的适用性、稳定性等而确定。

插置于正极板和负极板的堆叠体之间的隔板的面积可大于各电极板的面积，以便确保电极板之间的绝缘。

具体地，隔板的面积可具有比缩进部和电极体的面积之和更大的面积，用于容纳电极板-隔板堆叠体的容纳部通常形成为具有约0.5mm的宽度和长度的面积。

电极组件可以是堆叠的、堆叠/折叠的、或层压/堆叠的电极组件。

具体地，根据本发明的示例性实施方式，缩进部可适用于堆叠的结构的电极组件，但并没有特别限制，只要向外延伸的电极接片组被收集并连接至电极引线从而能够施加应力即可。

堆叠的电极组件具有这样的结构：其中以预定单元切割的多个正极和多个负极与插置于其间的隔板顺序地堆叠；堆叠/折叠的电极组件具有这样的结构：其中预定单元的正极和负极与插置于其间的隔板堆叠于其中的单元电池顺序地缠绕在隔膜上；以及层叠/堆叠的电极组件具有这样的结构：其中层叠的电极板-隔膜单元被顺序地层叠。

本发明还提供一种二次电池，其中电极组件以电解质浸渍状态嵌入电池壳体中，并且正极引线和负极引线的一个端部突出到电池壳体的外部。

焊接部可形成于正极接片和正极引线之间的接合部处、以及负极接片和负极引线之间的接合部处。

结果，电极接片和电极引线的连接方法并没有特别限制，但可通过焊接来执行，并且这种焊接部需要间隔约2.0mm至5.0mm的区域。

电池壳体可包括用于容纳电极组件的凹形容纳部和形成在容纳部的外圆周表面中的密封部，以便确保电池壳体的密封性，并且密封部可位于电极接片与电极引线之间的焊接部的上侧部。

除此之外，容纳部的一侧可位于电极接片和电极引线之间的焊接部的下端部处。

结果，根据本发明的示例性实施方式，二次电池可通过将在电池壳体中的密封部与容纳部之间的距离配置为与焊接部基本一致来减少在电池壳体中电极接片和电极引线插置于其中的所谓平台部的长度。

根据示例性实施方式，正极引线和负极引线可分别位于与一个正极板和一个负极板相同的平面上，将两侧处的缩进部的最内侧进行连接的假想线的一部分可随着位于与正极引线和负极引线相同的平面上的正极板和负极板的距离而以逐渐增大的角度被弯曲。

在常规的电极组件中所包括的电极板在电极体和电极接片彼此接触的部分处弯曲以缓解应力，但根据本发明示例性实施方式的电极组件通过将弯曲部移动到电极体的内部来减少不必要的面积。

除此之外，当电极接片直接地从电极引线收集时，如上所述，电极板的位置离电极引线越远，应力作用越大且弯曲角度逐渐增大。在如图1所示连接到电极引线之前单独形成收集点的情况下，假想线的弯曲角度随着距收集点的距离的增加而逐渐增大。

电池壳体可由包括树脂层和金属层在内的层压片形成。除此之外，虽然没有特别限制，但根据本发明的示例性实施方式的二次电池可应用于袋形电池。

本发明提供一种包括至少一个二次电池作为单元电池的电池组以及一种包括所述电池组作为电源的装置。

有益效果

电池组不仅可用于用作小型装置的电源的电池单元，还可用作在中型或大型电池模块中的单元电池，其包括多个用作中型或大型装置的电源的电池单元。

结果，根据本发明的示例性实施方式，电池组不仅可应用于诸如笔记本电脑、智能手机、和可穿戴电子装置之类的小型装置，还可应用于诸如包括电动工具(power tool)、电动自行车(E-bike)和由电动马达供电的电动摩托车(E-scoter)在内的两轮车辆、电动高尔夫球车(electric golf cart)、或能量存储系统(Energy Storage System)之类的大型装置，但本发明并不限于此。

附图说明

图1是示出典型的常规袋形二次电池的一般结构的示意性分解透视图。

图2示意性地示出构成图1的电极组件的电极板30a的俯视平面图。

图3是示意性示出根据本发明示例性实施方式作为电极组件的一部分的电极板的结构的俯视平面图。

图4是示意性地示出图2的电极接片部和图3的电极接片部的放大俯视平面图。

图5是示意性地示出图4的缩进部311的结构的放大俯视平面图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图描述本发明的示例性实施方式。然而，本发明并不限于本发明的这一范围。

图3是示意性示出根据本发明示例性实施方式作为电极组件的一部分的电极板的结构的俯视平面图。

参照图3，电极板300包括矩形电极体310和电极接片330。

从电极体的一侧向外延伸且未涂布有电极混合物的电极接片330连接到将电极混合物施加到集电器上的矩形电极体310。

半圆形缩进部311和313形成在电极接片330的相对的下侧上。施加有电极混合物的支撑部对应于电极板的整个表面，但除了在电极体310中来自连接缩进部311和313的最内侧的假想线(imaginary line)中的电极接片330之外。

电极接片330经由焊接部连接到电极引线350，然后将焊接到其他电极板的电极接片的电极引线350插置于电池壳体的密封部之间以暴露其一部分。引线膜370被附着至此以提高密封性和绝缘性。

将根据常规技术的图2的电极板30a与根据本发明示例性实施方式的图3的电极板300进行比较，可以看出，与电极板30a相比，电极板的整个区域的支撑部的面积在电极板300中是增加的。

在一个具体实例中，在袋形电池单元(二次电池)具有90mm宽度和260mm长度的情况下，可以看出，与常规的电池单元相比，根据本发明示例性实施方式的电池单元的容量增加了2.5％以上，并且随着缩进部311和313的尺寸更小，容量增加效果进一步提高。

将参照图4更详细地描述，图4示出了图2中双点划线所表示的电极接片部和图3中双点划线所表示的电极接片部的放大图。

参照图4，左侧示出了根据本发明示例性实施方式的电极组件的电极板，即，图3中示出的电极板300的放大图，右侧示出了典型的电极组件的常规电极板，即，图2中示出的电极板30a的放大图。

缩进部311和313形成在电极板300的电极接片的下侧处，并且施加电极混合物直到连接缩进部311和313的假想线L。因此，支撑部的面积比具有未施加电极混合物的上部的常规的电极板30a的面积更宽。

电极板300的电极接片330在假想线L处弯曲以缓解应力，并且电极板30a的电极接片33在假想线l处弯曲以缓解应力。因此，在根据本发明示例性实施方式的电极组件中，接片的弯曲部位于电极体的相对内侧。

弯曲的电极接片33和330分别在焊接部33’和330’处焊接并电连接到电极引线。在这种情况下，在电极板300中包括的焊接部330’位于在电极板30a中包括的焊接部33’的下方。

在图4中，电池壳体的容纳部的外圆周侧用虚线(---)表示，密封部用斜线(////)表示。焊接部330’的上端部与密封部的下侧接触，焊接部330’的下端部与用虚线所表示的容纳部的上侧接触。

相反，焊接部33’的上侧部与斜线所表示的密封部的下端接触，但是焊接部33’的下端部是与用虚线所表示的容纳部以预定距离间隔开来。

因此，使用电极板300的二次电池的电池壳体的平台部的高度T小于使用电极板30a的二次电池的平台部的高度t。

焊接部可具有在至少2.0mm至5.0mm的范围内的高度。在一个具体实例中，通过从常规的平台部的高度t减去密封部(////)的高度而获得的长度是9.5mm，但通过从平台部的高度T减去密封部(////)的高度而获得的长度可被减小至约4.5mm。

在这种情况下，具有90mm宽度和260mm长度的袋形电池单元(二次电池)的容纳部的体积相对地增加，从而通常增加了2.5％的容量。

同样地，随着缩进部的尺寸变得更小，由未涂布区域的减小所引起的容量增加效果可进一步增加。在一个具体实例中，缩进部的外圆周侧可包括在一个平面图中的半圆形弯曲部和从该半圆延伸出的两个直线部。

图5是示意性地示出图4的缩进部311的结构的放大俯视平面图，参照图5更详细地描述缩进部的形状和尺寸。

参照图5，缩进部311的外圆周侧可包括两个直线部S和一个弯曲部R，并且直线部的长度s1和s2可在0mm至5mm的范围内。

弯曲部R可具有半圆形形状，且可具有在1mm至6mm范围内的半径。

尽管已结合目前认为是实际的示例性实施方式来描述本发明，但应该理解的是，本发明并不限于所公开的实施方式，而是相反，本发明旨在覆盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。

如上所述，根据本发明示例性实施方式的电极组件包括从电极接片的相对侧的下端沿与电极接片的延伸方向相反的方向而形成的缩进部，以便减小未涂布区域的面积，从而能够防止在辊压期间集电器的断裂并提高容量。

除此之外，缩进部通过将电极接片的弯曲部移动到电极体的内部而减小平台部的长度，并且减小容纳部和密封部之间的距离，由此提供一种紧凑的二次电池。