包括含有形成在其上的相互连接的附加接片的电极板的电极组件的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年7月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0088182号的优先权和权益，通过引用将该韩国专利申请的全部内容并入本文。

本发明涉及一种包括含有形成在其上的相互连接的附加接片的电极板的电极组件。

背景技术：

随着技术发展和对移动设备需求的增加，对电池作为能源的需求显著增加，因此，已经对满足各种需求的电池进行了大量研究。

代表性地，就电池形状而言，对具有小的厚度从而可应用于诸如移动电话之类产品的棱柱形可再充电电池和袋型可再充电电池存在高需求，并且就材料而言，对具有高能量密度、放电电压和输出稳定性的诸如锂离子电池和锂离子聚合物电池之类的锂可再充电电池存在高需求。

根据具有正极/隔离体/负极结构的电极组件的结构将可再充电电池分类，代表性地，具有通过在之间插入隔离体的情况下卷绕长片型正极和负极而构成的果冻卷(卷绕型)电极组件、通过顺序堆叠以预定尺寸单位撕开且在之间插入隔离体的多个正极和负极而构成的堆叠型电极组件、以及通过将其中在之间插入有隔离体的情况下堆叠有预定单位的正极和负极的双电池(Bi-cell)或全电池(Full cell)卷绕而构成的堆叠/折叠型电极组件。

通过顺序堆叠其中在正极与负极之间插入隔离体的结构而构成堆叠型电极组件，正极具有涂覆在正极集电器的相对表面上的正极活性材料，负极具有涂覆在负极集电器的相对表面上的负极活性材料。

在这种情况下，配置有其上未涂覆活性材料的未涂覆区域的多个正极接片和负极接片从正极和负极的一个侧端部突出，以分别电连接至构成电池的电极端子的正极引线和负极引线。

经由切口(notching)形成这些正极接片和负极接片，在切口中，位于其上未涂覆活性材料的未涂覆区域处的、要结合至电极引线的预定部分从集电器突出。经由切口而突出的正极接片和负极接片可密集地结合以分别连接至正极引线和负极引线。

就此而言，图1示意性地例示出常规堆叠型电极组件的总体结构以及电极接片与电极引线之间的结合类型。

参照图1，从电极组件(10)的正极(20)向外突出且其上未涂覆正极活性材料的多个正极接片(21)和在与正极接片(21)相同的方向上从负极(30)向外突出的多个负极接片(31)可以以经由焊接而结合为一体的焊接部分的形式，例如分别连接至正极引线(40)和负极引线(50)。

然而，在常规的电极组件中，在充电过程期间负极活性材料与锂离子结合而膨胀，或者在反复充电和放电过程期间经由电解质溶液的分解或电化学反应而产生气体，从而引起电池膨胀的膨胀现象。由于在这种情况下所产生的应力，电极组件的体积和厚度改变，特别是，外观也变形，而且存在电池性能显著下降的问题。

另外，在将诸如过渡元素等高容量材料以及Si金属应用到负极活性材料以开发具有高能量密度的电池单元时，与石墨类活性材料相比，引起非常大的体积膨胀，因此，上述问题更为严重。

因此，存在对于具有用于实现高能量密度的电池并且同时防止由于充电和放电而引起的膨胀现象和电极变形的结构的电极组件的需求。

【公开内容】

【技术问题】

本发明的目的旨在解决常规技术的问题和过去所需要的技术目的。

详细地说，本发明的示例性实施方式提供了一种电极组件，其以这样的方式构成，即，堆叠多个电极板并且从电极板向外突出的多个固定部分彼此接合，以稳定地维持电极板的堆叠状态，从而防止膨胀现象和电极组件变形。

【技术方案】

根据本发明的示例性实施方式的电极组件，

所述电极组件具有其中在正极板与负极板之间插入隔离体的同时堆叠多个电极板的结构，

每一个电极板包括：电极接片，所述电极接片从每一个电极板的一个边向外突出，以形成接片-引线结合部；和至少两个或更多个固定部分，所述至少两个或更多个固定部分从所述一个边和/或另一个边，从每一个电极板向外突出所述电极接片的长度的10％至50％的长度，

其中在上下方向上彼此平行定位的具有相同极性的固定部分彼此接合，以在堆叠所述电极板的同时维持所述电极板之间的堆叠间隔。

因此，在根据本发明的电极组件中，当在充电和放电过程期间在与电极板的表面垂直的方向上发生膨胀时，通过接合的具有相同极性的固定部分，可在维持电极板之间的堆叠间隔的同时显著减小膨胀度。特别是，可注意到，在根据本发明的电极组件中，应力集中在固定部分上而不是集中在涂覆有电极活性材料的电极板上，因此，可克服由于应力而导致的电极活性材料层的脱层或电极板扭曲的常规问题。

考虑到在电极组件长时间使用时以上所有问题显著增加电阻，可理解到根据本发明的电极组件通过上述结构而具有提高的寿命特性。

根据另一方面，固定部分的接合部分可构成以V形弯曲的V-成形(V-forming)结构，因此，安装在电池壳体中的电极组件的尺寸不受影响并且可克服电池容量减小的问题。

当固定部分的长度小于电极接片的长度的10％时，将结合部结合可能是不容易的，而且即使固定部被结合，也不能期望足够的固定力，这不是优选的。当固定部分的长度超过电极接片的长度的50％时，在电池单元方面，由于突出的固定部分的长度而在电极组件的端部形成死区空间(dead space)，因此，在空间利用率方面这可不是优选的。

然而，在接合固定部分和形成V-成形结构的过程中，可以以弯曲的接合部分的高度不超过电极组件的厚度的方式来调整固定部分的长度。

考虑到前述的点，根据本发明更优选的示例性实施方式，固定部分的长度可以是电极接片的长度的15至45％、20至40％、或25至35％。

根据本发明，具有相同极性的固定部分可经由熔焊或钎焊彼此接合，以构成固定结构，熔焊方法可包括通常的电阻焊接、超声波焊接、激光焊接等。

另外，绝缘带可附加地围绕接合的固定部分，以增强固定状态。绝缘带可约束固定部分并且还可确保固定部分相对于电池壳体内表面的电绝缘。

每一个固定部分可在平面上例如具有多边形结构、具有至少一个圆化的外圆周边的不规则结构、或者半圆形或半椭圆形曲线结构，但是不限于这些形状。

与此不同，固定部分可形成有其中基于平面其至少一部分凹入的楔结构或者开口穿过其中的结构。

与例如矩形固定部分相比，楔型固定部分或具有穿过其中的开口的固定部分可具有更多的边来确定其平面上的形状。这些边可经由熔焊或钎焊彼此接合，因此，这些结构可被认为是实质上增加固定部分的接合区域和接合边界的结构。在此，接合边界可指接合的边的整个长度。

因此，通过楔型固定部分或具有穿过其中的开口的固定部分可更易于维持根据本发明的电极板之间的堆叠结构。

然而，在楔型固定部分中，当楔形部在平面上具有尖锐的形状时，电荷会集中在楔形部的末端部分上，从而增加电阻且产生热量，这不是优选的，因此，可通过在平面上将其末端部分圆化来形成楔形部。

另外，开口的尺寸与供应电流时形成在固定部分上的电阻成比例，因此，为防止固定部分过多地产生热量，固定部分中开口占据的面积过宽可能不是优选的。由于以上原因，多个通孔可不穿过电极端子。

因此，开口可以以占据电极端子的平面面积的5％至20％的平面面积的尺寸穿过固定部分，以在提供足够的接合边界的同时不使电极端子的电连接功能下降，详细地说，开口可穿过固定部分以占据7％至15％的平面面积，由于该原因，仅一个开口可穿过固定部分。

开口的平面形状没有特别限制，只要包括曲线即可，但可具有圆形或椭圆形，其中，椭圆形开口可以以椭圆形开口的长轴对应于与固定部分突出的方向垂直的方向的方式形成在固定部分上。该结构可以这样的方式构成，即，椭圆中具有相对长的长度的长轴与固定部分突出的方向垂直相交，就此而言，接合界面的长度可在以固定部分突出的方向为基础的左右方向上增加，以防止接合的固定部分在左右方向上扭曲。

绝缘带可添加到固定部分，所述绝缘带在所述楔型固定部分聚集的状态下整体围绕楔形部，类似地，绝缘带可连续穿过每一个固定部分的开口，然后绝缘带可在整体围绕固定部分的同时添加到所述固定部分。

以下，将参考非限制性示例来详细描述根据本发明的电极组件的结构。

在一个具体示例中，固定部分可朝向面对电极接片的边向外突出。

在此，多个电极接片可在其上形成接片-引线结合部的同时与电极板的一个边接合，并且固定部分可在面对该一个边的另一个边上彼此接合，电极板被固定到电极组件的相对端部，因此，即使发生膨胀，仍可防止电极板之间的堆叠间隔增加并且可防止电极板在左右方向上扭曲。

在以上结构中，电极接片和固定部分可不卷绕成与隔膜交叠，因此，包括至少一个正极板和至少一个负极板的多个单位电池可被隔膜卷绕以构成堆叠-折叠型结构。

在一个具体示例中，固定部分可配置成包括与电极接片相邻定位的第一固定部分、以及位于除其上形成有第一固定部分的一个边之外的另一个边上的第二固定部分。

在此情况下，根据下面的实施方式，第一固定部分需要形成为与电极接片分隔开预定间隔而不接触电极接片，第二固定部分可形成在除形成有第一固定部分的一个边之外的另一个边的任意点处，以减轻电极组件中的应力。

在一个示例中，第一固定部分可形成在电极接片所处的第一边上，第二固定部分可形成在面对第一固定部分的第二边上或者可形成在与第二边垂直相邻的边中的任意一个上。

更详细地说，第一固定部分可位于第一边中的、以电极板的宽度的中央线为基准而偏离的一侧上，并且第二固定部分可基于电极板的中心与第一固定部分对称形成在第二边上。

例如，当正极板的第一固定部分与正极接片相邻定位并且负极板的第一固定部分与负极接片相邻定位时，正极板的第二固定部分和负极板的第二固定部分可基于电极板的宽度的中央线分别与电极板的第一固定部分对称形成在第二边上。

与此不同，第一固定部分可形成在一个边上，所述一个边是与电极接片所处的一个边垂直相邻的任意一个边，并且第二固定部分可形成在面对第一固定部分的另一个边上。

更详细地说，第一固定部分可位于一个边中的、以电极板的长度的中央线为基准而偏离的一侧上，并且第二固定部分可基于电极板的中心与第一固定部分对称形成在另一边上。

作为另一示例，第一固定部分可形成在电极接片所处的一个边和与所述一个边垂直相邻的边之间的交叉点处，并且第二固定部分可形成在面对第一固定部分的两个边之间的交叉点处。

具有以上结构的电极组件可具有卷绕型堆叠-折叠结构，但第一固定部分或第二固定部分中的至少一个可形成在电极板的侧边上，因此，电极组件可具备多个电极板顺序堆叠的堆叠型结构。

本发明还可提供一种包括该电极组件的电池单元以及包括一个或更多个该电池单元的设备。电池单元的制造方法和设备结构对本发明所属的技术领域来说是公知的，因此，未在本申请中进行细节描述。

【附图说明】

图1是常规堆叠型电极组件的总体结构的示意图；

图2是示出根据本发明示例性实施方式的、其中堆叠有包括固定部分的正极/隔离体/负极的结构的示意图；

图3是图2中的电极组件的平面示图；

图4至图6是根据本发明的示例性实施方式的电极组件的示意图；

图7是根据本发明示例性实施方式的固定部分的放大示意图；

图8是根据本发明示例性实施方式的固定部分的放大示意图。

【发明的实施方式】

在下文中，将参照附图来更完全地描述本发明的示例性实施方式，附图中示出了本发明的示例性实施方式，但是不应被解释为限于在此所阐述的示例性实施方式。

图2是示出根据本发明示例性实施方式的、其中堆叠有包括固定部分的正极/隔离体/负极的结构的示意图，图4是图2中的电极组件的平面图。

参照图3和图4二者，根据本发明的电极组件(100)可包括电极接片(111、131)以及固定部分(112、132)。

电极组件(100)可通过重复堆叠正极板(110)/隔离体(120)/负极板(130)来构成，用于形成电极引线(未示出)和接片-引线结合部的正极接片(111a、111b)以及负极接片(131a、131b)可分别从正极板(110)和负极板(130)的一个边(A)向外突出。

用于在电极板(110、130)之间维持堆叠间隔的正极固定部分(112a、112b)以及负极固定部分(132a、132b)可形成在与形成有电极接片(111a、111b、131a、131b)的一个边(A)相对的另一个边(B)处，具有相同极性的固定部分在上下方向上平行布置的同时经由熔焊或钎焊彼此接合，以抑制膨胀并减轻电极组件中所产生的应力。

详细地说，与仅包括接片-引线结合部的常规电极组件相比，电极板(110、130)的相对侧表面可使用接片-引线结合部(111、131)以及固定部分(112、132)的接合结构构成固定结构，以有效抑制电极板之间的间隔变宽。

电极组件可在未形成电极接片(111、131)以及固定部分(112、132)的侧表面处位于隔膜(未示出)上，因此，可利用隔膜卷绕包括至少一个正极板和至少一个负极板的多个单位电池。

图4至图6是根据本发明示例性实施方式的电极组件的示意图。

参照图4，电极组件(200)可包括电极接片(211、231)、在与电极接片(211、231)相邻的同时形成在相同第一边上的第一固定部分(212、232)、以及形成在与第一边相对的第二边上的第二固定部分(213、233)。

详细地说，第一固定部分(212、232)可包括第一正极固定部分(212)和第一负极固定部分(232)并且可分别与正极接片(211)和负极接片(231)分隔开预定间隔。类似地，第二固定部分(213、233)可包括第二正极固定部分(213)和第二负极固定部分(233)。

第一固定部分(212、232)各自可位于第一边中的、以电极板的宽度的中央线(G)为基准而偏离的一侧上，第二固定部分(213、233)可分别与第一固定部分(212、232)对称形成在第二边上。

参照图5，电极组件(300)可包括电极接片(311、331)、形成在与其上形成有电极接片(311、331)的一个边垂直相邻的第一边上的第一固定部分(312、332)、以及形成在与第一边相对的第二边上的第二固定部分(313、333)。

详细地说，第一固定部分(312、332)可包括第一正极固定部分(312)和第一负极固定部分(332)，第二固定部分(313、333)可包括第二正极固定部分(313)和第二负极固定部分(333)。

第一固定部分(312、332)各自可位于第一边中的、以电极板的长度的中央线(G)为基准而偏离的一侧上，第二固定部分(313、333)可分别与第一固定部分(312、332)对称形成在第二边上。

参照图6，电极组件(400)可包括电极接片(411、431)、形成在其上形成有电极接片(411、431)的一个边和与该一个边垂直相邻的另一个边之间的交叉点(401、402)处的第一固定部分(412、432)、以及形成在面对第一固定部分的两个边之间的交叉点(403、404)处的第二固定部分(413、433)。

详细地说，第一固定部分(412、432)可包括第一正极固定部分(412)和第一负极固定部分(432)，第二固定部分(413、433)可包括第二正极固定部分(413)和第二负极固定部分(433)。

图5和图6中所示的电极组件可以以固定部分形成在电极板的侧边部分处的方式配置，因此，可以是其中多个电极板顺序堆叠的堆叠型结构。

图7和图8是根据本发明示例性实施方式的固定部分的放大示意图。

首先，参照图7，固定部分(501、502、503)可形成有楔形部(520)，楔形部的一部分在平面上凹入，而楔形部的其他未凹入部分朝向一侧突出。

在此，可以注意到通过在平面上将其末端部分(V)圆化而形成楔形部(520)。

在楔形部(520)具有尖锐形状时，电荷会集中在末端部分(V)上，从而增加电阻且产生热量，并且还损坏与固定部分(501、502、503)相邻的电池壳体以及电极板，因此，楔形部(520)的以上圆化结构可以是特别优选的。

再参照图7，楔型固定部分(501、502、503)可在垂直方向上彼此交叠进行堆叠的同时经由熔焊或钎焊接合为一体。

与四边形固定部分在平面上的四个边相比，图7中所示的固定部分例如可进一步包括其上形成的用于确定楔形部(520)在平面上的形状的边，就此而言，这些边也可经由熔焊或钎焊接合，因此，固定部分(501、502、503)的接合区域和接合边界可相对增加。

另外，在楔型固定部分(501、502、503)聚集的状态下，可在仅围绕楔形部(520)的同时给固定部分(501、502、503)添加绝缘带(510)，因此，可更固定地维持固定部分(501、502、503)的接合状态。

尽管未在附图中示出，但除楔形部(520)以外，绝缘带还可添加到除了楔形部(520)以外的其余固定部分。

与以上的图7不同，图8中示出的固定部分(601、602、603)每一个可具有总的四边形形状并且可包括经由其形成且穿过其中央部分的开口(620)。

因此，在固定部分(601、602、603)彼此交叠的同时固定部分(601、602、603)的每一个的开口(620)可对准以彼此对应，在此状态下，固定部分(601、602、603)可经由熔焊或钎焊彼此接合。

与形状类似简单四边形的包括四个边的固定部分相比，图8中示出的固定部分例如可进一步包括形成在其中的开口(620)的边，就此而言，这些边也可经由熔焊或钎焊，经由开口(620)接合，因此，接合区域和接合边界可相对增加。

如图8中所示，绝缘带(610)可连续通过聚集的开口(620)，然后可在整体围绕固定部分(601、602、603)的同时添加到固定部分(601、602、603)，因此，可以更稳定地维持固定部分(601、602、603)的接合状态。

开口(620)可以是椭圆状的形状并且可在椭圆的长轴(X)对应于与固定部分突出的方向垂直的方向的同时形成在固定部分(601、602、603)上。

该结构可以这样的方式构成，即，椭圆中具有相对长的长度的长轴(X)与固定部分(601、602、603)突出的方向垂直相交，就此而言，接合界面的长度可在以固定部分(601、602、603)突出的方向为基础的左右方向上增加，以防止接合的固定部分(601、602、603)在左右方向上扭曲。

基于在本发明范围内的上述描述，各种应用和修改对于本发明所属领域的普通技术人员来说是显而易见的。

【工业实用性】

如上所述，在根据本发明的电极组件中，当在充电和放电过程期间在与电极板的表面垂直的方向上发生膨胀时，通过接合的具有相同极性的固定部分，可在维持电极板之间的堆叠间隔的同时显著减小膨胀度，特别是，应力集中在固定部分上而不是集中在涂覆有电极活性材料的电极板上，因此，可克服由于应力而导致的电极活性材料层的脱层或电极板扭曲的常规问题。