具有阶梯的电极组件、包括电极组件的二次电池、电池组和装置以及制造电极组件的方法

具有阶梯的电极组件、包括电极组件的二次电池、电池组和装置以及制造电极组件的方法
【专利摘要】本发明提供一种电极组件，包括：第一电极堆叠件，在该第一电极堆叠件中堆叠了至少一个具有第一面积的电极单元；第二电极堆叠件，在该第二电极堆叠件中堆叠了至少一个具有比第一面积小的第二面积的电极单元；和阶梯部分，在该阶梯部分中，在沿着与平面垂直的方向堆叠第一电极堆叠件和第二电极堆叠件，并且所述阶梯部分具有由于第一和第二电极堆叠件的面积差形成的阶梯。借助于具有比沿着竖直方向的长度长的沿着水平方向的长度的矩形分隔膜，通过缠绕电极单元来形成电极组件，其中，所述电极单元被矩形分隔膜缠绕，以便矩形分隔膜的至少一部分覆盖电极组件的阶梯部分，并且所述电极组件形成具有与阶梯部分相同形状的阶梯。
【专利说明】具有阶梯的电极组件、包括电极组件的二次电池、电池组和装置以及制造电极组件的方法

【技术领域】
[0001]实施例的多个方面涉及一种具有以堆叠和折叠型式组装的具有阶梯的电极组件，并且更具体地，涉及这样一种电极组件，其中在电极组件的阶梯部分中形成的分隔膜具有与电极组件的阶梯部分相同的形状，涉及制造该电极组件的方法。
[0002]进一步，实施例的多个方面涉及包括该电极组件的二次电池、电池组和装置。

【背景技术】
[0003]通常，具有阶梯的电极组件具有如图1中所示的结构。具有这种阶梯的电极组件I包括被布置在其两个表面上的阳极11或阴极13，其作为在电极组件的厚度方向上、即其堆叠方向上的最外部电极。
[0004]具有上述阶梯的电极组件通过下列方式形成，即将在其面积中具有差别的阴极电极或阳极电极以预定顺序布置在沿着单个方向伸长的分隔膜上，或者通过以预定顺序布置通过在彼此之上堆叠阴极和阳极形成的具有不同面积的单元电池，从而具有在其间起边界作用的分隔膜，然后折叠分隔膜，从而相应于图2中所示的电极单元或单元电池。这里，分隔膜被张紧，从而紧密地附接至相应电极或单元电池的电极表面，以便在其上变平，以便分隔膜环绕先前堆叠的电极层压件，从而连续地允许在电极层压件的上表面或下表面上堆叠后续的电极或单元电池。
[0005]因此，具有由于具有相对大面积的电极以及具有相对小面积的电极之间的面积差形成的阶梯的阶梯部分设有在该阶梯部分上形成的倾斜表面，而不紧密地粘附至通过在彼此之上堆叠的电极层压件形成的侧面部分，从而包围先前堆叠的电极层压件，如图3中所
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[0006]在上述情况下，各层之间的阶梯部分可具有在组装电极组件时在分隔膜中产生的张力，并且这种分隔膜张力可能在将电极组件插入电池壳体中时，使插入性退化。另外，由于在具有大面积的下电极中发生弯曲，所以分隔膜中产生的张力可导致电极组件的形状缺陷，如图4中所示。对应地，在通过使用堆叠和折叠型式组装电极组件中，在上述分隔膜中产生的张力需要被去除。


【发明内容】

[0007]技术问题
[0008]实施例的一方面提供一种以堆叠和折叠型式组装的电极组件，其中可去除在由此形成的各层之间的分隔膜中产生的张力。
[0009]实施例的一方面提供包括下列电极组件的二次电池、电池组和装置，在该电极组件中，去除了分隔膜的张力。
[0010]实施例的一方面提供一种去除上述电极组件中的张力的方法。
[0011]技术方案
[0012]实施例的一方面提供一种具有去除了张力的阶梯的电极组件，该电极组件包括:第一电极层压件，在所述第一电极层压件中堆叠有至少一个或多个具有第一面积的电极单元；第二电极层压件，在所述第二电极层压件堆叠有至少一个或多个具有第二面积的电极单元，所述第二面积小于所述第一面积；和阶梯部分，通过沿着与平面垂直的方向堆叠所述第一电极层压件和所述第二电极层压件而提供所述阶梯部分，并且所述阶梯部分具有由于所述第一电极层压件和所述第二电极层压件的面积差而形成的阶梯，所述电极组件的特征在于，所述电极单元被矩形分隔膜缠绕，使得所述矩形分隔膜的至少一部分覆盖所述电极组件的所述阶梯部分，并且形成具有与所述阶梯部分相同形状的阶梯。
[0013]通过缠绕电极单元，覆盖电极组件的阶梯部分的分隔膜的厚度可等于或小于定位在电极层压件中的矩形分隔膜厚度的90%，并且阶梯部分的分隔膜可被切割。
[0014]第二电极层压件可包括电极层压件，该电极层压件具有至少一个电极单元，该电极单元具有的面积小于第二面积，该电极单元沿着与平面垂直的方向堆叠在具有该第二面积的至少一个电极单元上，并且第二电极层压件可具有至少一个阶梯。
[0015]电极单元可包括由下列组件构成的组中选择的至少一个组件:单个电极；包括至少一个阳极、至少一个阴极和至少一个分隔膜的至少一个单元电池；及其组合。可从下列单元电池构成的组中选择单元电池:果冻卷式单元电池；堆叠式单元电池；层压和堆叠式单元电池；和堆叠和折叠式单元电池。单元电池可包括下列电极，该电极具有相同极性或不同极性，并且将该电极沿着电极组件的厚度方向布置在电极组件的两个最外部表面上。
[0016]电极单元可包括至少一个电极突出物。电极突出物可具有包括相同极性的电极，从而彼此电连接。取决于电极单元的面积，电极突出物可具有相同尺寸或不同尺寸。
[0017]第一电极层压件的最上部电极可为阴极，并且可通过堆叠具有不同极性的电极来形成第一电极层压件和第二电极层压件，从而彼此面对。
[0018]实施例的一方面提供一种制造电极组件的方法，包括:在矩形分隔膜上排列至少一个具有第一面积的第一电极单元以及至少一个具有第二面积的第二电极单元，所述第一电极单元形成第一电极层压件，所述第二电极单元形成第二电极层压件，并且通过沿着单个方向卷起所述矩形分隔膜以对应于相应的电极单元从而允许所述第二电极层压件被堆叠在所述第一电极层压件上，来组装所述电极组件，所述电极组件由于所述电极层压件之间的面积差而具有阶梯；和通过在所述电极组件的一个侧面部分上伸长或切割在所述第二电极单元的远端部分与所述第一电极层压件的最上部第一电极单元的远端部分之间的倾斜表面上的所述矩形分隔膜，来去除在由于所述矩形分隔膜经过而形成的所述矩形分隔膜的所述倾斜表面上产生的张力，所述矩形分隔膜经过所述电极组件的所述侧面部分，并且在所述侧面部分中形成所述阶梯。
[0019]可通过加热和压缩形成倾斜表面的矩形分隔膜来执行伸长，并且在该情况下，可在80-100°C的温度范围内执行伸长。
[0020]可通过使用具有80-100°C的温度范围的夹具，压缩形成倾斜表面的矩形分隔膜来执行伸长。在该情况下，夹具可具有与电极组件的阶梯部分相同的形状。
[0021]可通过使用切割刀片、激光束或热射线执行切割。
[0022]实施例的一方面提供一种包括上述电极组件的二次电池。电极组件可被嵌入电池壳体中。在该情况下，电池壳体可为袋式壳体。另外，二次电池可为锂离子二次电池或锂离子聚合物二次电池。
[0023]实施例的一方面提供一种包括上述至少两个二次电池的电池组。
[0024]实施例的一方面提供一种包括上述至少一个二次电池的装置，并且该装置可为移动电话、便携式计算机、智能手机、智能平板机、上网本计算机、轻的电动车辆、电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或蓄电装置。
[0025]有益效果
[0026]如上所述，在根据发明概念的实施例的具有阶梯的电极组件中，当以堆叠和折叠方式组装具有阶梯的电极组件时，可去除在各层之间的在分隔膜中产生的张力，由此可提高将电极组件插入电极壳体中时的电极组件的插入性，并且在压缩过程时，可抑制下电极层压件的弯曲，由此防止电极组件的外观中的缺陷。

【专利附图】

【附图说明】
[0027]图1是具有阶梯的电极组件的示意性透视图；
[0028]图2是当以堆叠和折叠型式组装具有阶梯的电极组件时，电极单元被布置在矩形分隔膜上的电极单元的展开图实例；
[0029]图3是例示以堆叠和折叠型式组装的电极组件中的分隔膜导致的张力产生的示意图；
[0030]图4是例示电极层压件由于分隔膜的张力而弯曲的形式的示意性概念图；
[0031]图5和6是例示一种根据发明概念的实施例，使用挤压机去除在分隔膜中产生的张力的方法的示意性概念图，以及一种包括具有由此形成的阶梯的分隔膜的电极组件的横截面图；
[0032]图7和8示意性示出包括具有通过切割分隔膜形成的阶梯的分隔膜的电极组件；
[0033]图9示意性示出分隔膜在具有阶梯的电极组件中形成倾斜表面的阶梯部分；并且
[0034]图10至12示出根据实施例的层压和堆叠式单元电池的实施例。
[0035]〈附图中的各部件附图标记列表>
[0036]I:电极组件
[0037]5:电极层压件
[0038]7:电极单元
[0039]10:阶梯部分
[0040]20:矩形分隔膜
[0041]30:夹具
[0042]40:阳极
[0043]50:阴极
[0044]60:分隔膜
[0045]710、810、810’:电极本体
[0046]82O、82O ’:电极结构
[0047]a:水平线
[0048]b:竖直线
[0049]c:倾斜表面(斜边)

【具体实施方式】
[0050]下面，现在将参考附图详细地描述实施例。
[0051]然而，实施例可以许多不同的形式具体实施，并且不应将实施例理解为受限于本文中提出的实施例。相反，提供这些实施例以便本公开将彻底和完整，并且将向本领域技术人员完全传达发明概念的范围。
[0052]根据实施例的电极组件可包括:具有至少一个或多个电极单元的第一电极层压件，该电极单元具有在其中堆叠的第一面积；具有至少一个或多个电极单元的第二电极层压件，该电极单元具有在其中堆叠的、小于第一面积的第二面积；和通过在沿着与图1中所示的平面垂直的方向堆叠第一电极层压件和第二电极层压件形成的阶梯。
[0053]这里，不特别限制阶梯的数目，并且可为如图1、5和7中所示的三个阶梯，或者可为图6和8中所示的两个阶梯。同样地，虽然图中未示出，但是可设置四个或更多个阶梯。
[0054]同时，根据实施例，相应的电极单元可由下列部件构成:单个电极，诸如阴极或阳极；包括至少一个阴极、至少一个阳极和至少一个分隔膜的至少一个单元电池；或其组合。
[0055]这里，术语“单元电池”表示包括至少一个阴极、至少一个阳极和至少一个分隔膜的所有电极层压件。不特别限制在单元电池中堆叠阴极、阳极和分隔膜的方法。例如，在发明概念的实施例中，可使用术语“单元电池”表示下列部件的所有电极层压件，包括:以果冻卷型式制造的电极层压件，其中片式阴极和片式阳极被分隔膜分隔，然后被螺旋地卷起；以堆叠型式制造的电极层压件，其中依次堆叠至少一个阴极、至少一个分隔膜和至少一个阳极；和以堆叠和折叠型式制造的电极层压件，其中在伸长片式分隔膜上上布置下列电极层压件，该电极层压件具有单个电极以及其中堆叠的至少一个阳极、分隔膜和阴极，或者具有单个电极或在其中堆叠的至少一个阳极、分隔膜和阴极，并且然后折叠该电极层压件。
[0056]同时，在实施例中，单元电池可具有下列结构，其中在电极组件的厚度方向中被布置在单元电池的两个最外部表面上的电极具有彼此相同的极性，诸如下列结构，诸如阳极/分隔膜/阴极/分隔膜/阳极的结构、阴极/分隔膜/阳极/分隔膜/阴极的结构等，或者也可具有下列结构，其中在电极组件的厚度方向中被布置在单元电池的两个最外部表面上的电极具有彼此不同的极性，诸如下列结构，诸如阳极/分隔膜/阴极的结构，或者阳极/分隔膜/阴极/分隔膜/阳极/分隔膜/阴极的结构。
[0057]另一方面，在发明概念的实施例中，应将通过使用上述堆叠型式制造的电极层压件理解为以下列型式制造的电极层压件，其中层压至少一个阳极、至少一个阴极和至少一个分隔膜以形成电极本体，之后，通过使用分别依次堆叠一个阳极、一个分隔膜和一个阴极的典型型式，堆叠电极本体(下文也称为“层压和堆叠型式”)，并制造电极层压件。
[0058]同时，当以层压和堆叠型式制造电极层压件时，可使用包括至少一个阳极、至少一个阴极和至少一个分隔膜的任何电极本体，并且不特别限制所述任何电极本体的构造。
[0059]然而，当以层压和堆叠型式制造电极层压件时，在过程简单性和经济可行性方面，电极本体可具有由下列组件构成的基本结构，即第一电极/分隔膜/第二电极/分隔膜，或者分隔膜/第一电极/分隔膜/第二电极。这里，第一电极和第二电极可具有不同极性，也就是说，阳极，或者阴极。电极本体可包括单个基本结构，或者多个基本结构。
[0060]同时，以层压和堆叠型式制造的电极层压件可仅由包括上述结构的电极本体构成，并且也可由具有上述基本结构的电极本体、以及具有不同结构的电极结构构成。
[0061]图10至12示出通过使用层压和堆叠型式制造的电极层压件的各种实例。
[0062]图10示出以层压和堆叠型式制造的、由电极本体710构造的电极层压件，电极本体710具有分隔膜60/阴极50/分隔膜60/阳极40的基本结构。在图10中，虽然示出了具有分隔膜/阴极/分隔膜/阳极的基本结构，但是也可使用通过改变设置阳极和阴极的位置而提供的分隔膜/阳极/分隔膜/阴极的基本结构。同时，如图10中所示，当电极本体的基本结构是包括分隔膜/阴极/分隔膜/阳极的基本结构时，在电极层压件的沿着电极组件的厚度方向的最外部部分上不存在分隔膜的情况下，暴露阳极。在使用这种基本结构的情况下，暴露于沿着厚度方向的最外部部分的阳极可为单表面涂覆阳极，其中考虑容量等，不以在设计电极时使用的活性材料堆其暴露表面涂层。另一方面，虽然图10示出电极本体具有单个基本结构的情况，但是不应将发明概念视为限制性的。例如，也可使用在彼此上重复堆叠两个或更多个基本结构的结构作为单个电极本体。
[0063]图11示出下列电极层压件，其中在彼此上堆叠具有分隔膜60/阴极50/分隔膜60/阳极40的基本结构的电极本体810、以及具有分隔膜60/阴极50/分隔膜60的结构的电极结构820。如图11中所示，当单元电池的沿着电极组件的厚度方向的最外部表面上堆叠具有分隔膜60/阳极40/分隔膜60的结构的电极结构时，就可提高电容量，同时防止阳极50暴露于外侧。与上述说明类似，在阴极被设置在电极本体的沿着电极组件的厚度方向的最外部部分上的布置情况下，可在其上部分上堆叠具有分隔膜/阳极/分隔膜的结构的电极结构。这种情况可展现优点，在于可明显地使用阴极容量。
[0064]图12示出下列电极层压件，其中在彼此上堆叠具有阴极50/分隔膜60/阳极40/分隔膜60的基本结构的电极本体810’、以及具有阴极50/分隔膜60/阳极40/分隔膜60/阴极50的结构的电极结构820’。如图12中所示，当在电极层压件的沿着电极组件的厚度方向的最外部表面上堆叠具有阴极50/分隔膜60/阳极40/分隔膜60/阴极50的结构的电极结构820’时，可提高电容量，同时防止阳极暴露于外侧。
[0065]如图11和12中所示，可通过下列方式形成使用层压和堆叠型式制造的电极层压件，即将单个电极、分隔膜或具有与上述电极本体的那些不同的布置和构造的单元电池，以及具有上述基本结构的电极本体组合在一起。具体地，当在彼此上堆叠具有该基本结构的电极本体时，考虑到防止阳极被暴露于外侧以及提高电池容量的至少其中之一，可在从电极层压件的沿着电极层压件的厚度方向的一个最外部表面和两个最外表面中选择的至少其中之一上布置单个电极、单个表面涂覆电极、分隔膜或者具有与上述电极本体的布置和构造不同的布置和构造的单元电池。另一方面，图11和12示出在电极层压件上堆叠了具有不同结构的电极结构，但是不应将图11和12视为受限于此。例如，视需要，具有不同结构的电极结构也可被堆叠在电极层压件的下方，并且具有不同结构的电极结构也可被堆叠在电极层压件的上和下部分两者上。
[0066]同时，根据本发明概念的实施例，术语“堆叠和折叠型式”通常表示下列型式，其中在伸长片式分隔膜上布置，并且然后折叠下列电极层压件，该电极层压件包括单个电极，至少一个阳极、至少一个分隔膜和在其中堆叠的至少一个阴极，或者单个电极，或者至少一个阳极、至少一个分隔膜和在其中堆叠的至少一个阴极。折叠型式不特别受限，并且应被理解为包括各种折叠型式。也就是说，可使用众所周知的以及各种折叠型式。例如，可使用下列型式，即其中以Z字形方式(所谓的Z折叠式型式，或者屏折式型式)折叠片式分隔膜的型式；其中在片式分隔膜的一个表面上布置被堆叠在彼此之上的，包括至少一个阴极和至少一个阳极，具有两者之间介入的分隔膜的电极层压件，并且然后卷起片式分隔膜的型式；其中单个电极被交替地布置在片式分隔膜的两个表面上，并且然后卷起片式分隔膜的型式等。为了说明方便，在发明概念的实施例中，以果冻卷型式制造的单元电池将称为果冻卷式单元电池，以堆叠型式制造的单元电池将称为堆叠式单元电池，并且以堆叠和折叠型式制造的单元电池将称为堆叠和折叠式单元电池。
[0067]可通过在彼此之上堆叠第一电极层压件和第二电极层压件形成根据实施例的电极组件，第二层压件在第一电极层压件上形成。这里，如上所述，第一电极层压件可由具有第一面积的电极单元形成，并且第二电极层压件可由具有比第一面积小的第二面积的电极单元形成。构造各电极层压件的电极可具有面积差，并且可通过上述面积差形成阶梯，由此提供阶梯部分。
[0068]虽然第二电极层压件可不通过在其中的彼此上堆叠具有相同面积的电极单元而具有阶梯，但是可在第二电极层压件上堆叠具有比第二面积小的面积的至少一个电极层压件，从而具有设有至少一个阶梯。在该情况下，堆叠在第二电极层压件上的电极层压件可具有下列结构，其中第二电极层压件的面积沿着垂直于平面的方向连续减小。
[0069]可通过交替地堆叠阴极和阳极，从而使分隔膜介入作为阴极和阳极之间的边界，来形成电极层压件。另一方面，阴极和阳极可被堆叠成，在被堆叠在彼此上的相应电极层压件之间形成阶梯的其间的边界部分处彼此面对。同样地，不同的电极彼此面对，以便在形成阶梯的边界部分中也可展现电池容量，由此提高电池容量。这里，具体地，作为具有相对大面积，也就是在电极组件的厚度方向中形成阶梯的边界部分处的第一面积的第一电极层压件的最外部电极；面对具有相对小面积，也就是第二面积的第二电极层压件的电极，可为阴极。当阳极被布置为第一电极层压件的沿着电极组件的厚度方向的最外部电极时，在电池充电和放电期间，阳极活性材料，也就是锂可能沉淀，因而阻碍电池稳定性。因此，当阴极和阳极在具有设有阶梯的边界部分处彼此面对时，具有相对大面积的电极可以是阴极。
[0070]可通过使用堆叠和折叠型式来组装根据实施例的电极组件。如图2中所示，电极电源可被布置在矩形分隔膜上，从而被卷起，以便电极组件可由于被卷起而具有阶梯。也就是说，对于相应的电极单元，矩形分隔膜可被卷起，由此形成电极组件。
[0071]不特别限制矩形分隔膜的材料。视实施例的需要，可使用用于分隔膜的任何普通材料。例如，可通过使用多层膜，使用聚丙烯、具有细孔结构的聚丙烯或其组合制造多层膜，或者可使用用于固体聚合物电解质或凝胶式聚合物电解质，诸如聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物的聚合物膜。
[0072]当通过使用上述矩形分隔膜，通过堆叠和折叠型式组装电极组件时，可在矩形分隔膜上布置具有形成第一电极层压件的第一面积的至少一个第一电极单元，以及具有形成第二电极层压件的第二面积的至少一个第二电极单元，并且在单个方向中折叠并且卷起所布置的相应电极单元，同时该电极单元被分隔膜环绕。矩形分隔膜可环绕先前形成的电极层压件的外部部分，同时面对电极层压件的一个表面。这里，相应的电极单元可彼此面对，从而使矩形分隔膜介入作为两者之间的边界，以便相应的电极单元被堆叠在彼此上，使得在先前形成的电极层压件的一个表面上堆叠单个电极单元，并且随后在与其相对的电极层压件的另一表面上堆叠不同的电极单元。
[0073]因此，矩形分隔膜也可环绕阶梯部分，该阶梯部分具有由于具有第一面积的、具有其中堆叠的电极层压件的第一电极层压件，以及具有第二面积的、具有其中堆叠的电极层压件的第二电极层压件之间的面积差形成的阶梯，由此形成具有阶梯的电极组件。这里，经过具有形成有阶梯的电极组件的一个侧部分的矩形分隔膜，可在第二层压件的相应电极单元和第一电极层压件的最上部电极单元之间形成倾斜表面，如图3中所示。可通过向将被卷起的分隔膜施加张力来提供倾斜表面，以便分隔膜在将与其紧密粘附的相应电极单元的表面上扁平，同时，当组装电极组件时，相应的电极单元彼此面对。因而，可能不展现被堆叠在彼此上的相应电极单元之间的阶梯，因为该阶梯处于具有电极组件中的阶梯的阶梯部分中。
[0074]在将电极组件插入电池壳体中时，在上述阶梯部分处表现的在分隔膜中产生的张力可使插入特性退化，并且由于在电极组件的下层中产生的张力，可能发生弯曲，使得可能产生电极组件的有缺陷外观。因此，可能需要从上述倾斜表面去除张力。取决于形成分隔膜的材料，从倾斜表面去除张力可能变化，并且可通过伸长或切割矩形分隔膜来执行从倾斜表面去除张力。
[0075]在上述伸长或切割过程的情况下，如图5至8中所示，可通过下列方式防止在倾斜表面中产生张力，即在第二电极单元的远端部分与第一电极层压件的最上部第一电极单元的远端部分之间，即第二电极单元的远端部分与第一电极层压件的最上部第一电极单元的远端部分之间的倾斜表面上伸长或切割矩形分隔膜。也就是说，可在具有被布置在电极组件的一侧部分上的倾斜表面的矩形分隔膜上执行伸长或切割过程，矩形分隔膜经过该一侧部分，并且阶梯在该一侧部分中形成，由此防止产生张力。
[0076]矩形分隔膜可被伸长，从而变为具有与阶梯部分相同的形式，以便分隔膜具有与电极组件相同的阶梯。可通过向矩形分隔膜施加压力同时加热矩形分隔膜，来执行伸长。这里，取决于形成分隔膜的材料，其加热温度可变，并且可在80-100°C的温度范围内执行加热。例如，如图4中所示，可通过使用被在上述温度范围内加热的夹具来压缩分隔膜，由此执行伸长。在该情况下，可使用下列夹具，该夹具具有与电极组件的阶梯部分相同形状的阶梯。可通过经上述加热和伸长，形成具有与分隔膜中的阶梯部分相同形状的阶梯，来去除在倾斜表面上产生的张力。
[0077]可通过伸长，降低由于上述加热和压缩产生的分隔膜的伸长部分的厚度。取决于阶梯部分中的高度差，伸长程度可变化，并且由此，分隔膜的厚度降低量可变化。因而，与不执行伸长的部分相比，分隔膜的伸长部分可能为90%或更小，例如分隔膜的电极单元被折叠且被设置在电极层压件中的部分的厚度，但是不应将发明概念视为限制性的。如下文所述，由于上述加热和压缩过程，分隔膜可能由于过度伸长而破裂，并且在该情况下，与分隔膜的不执行伸长的部分的厚度相比，分隔膜的破裂部分的厚度可能为0%。
[0078]同时，为了去除在倾斜表面上产生的张力，根据被施加至分隔膜的伸长，倾斜表面可能破裂，或者可能被有意地切割。也就是说，可通过下列方式防止张力的发生，即切割具有由在矩形分隔膜的相应于阶梯部分的部分中的张力形成的倾斜表面的矩形分隔膜。分隔膜通常具有非常薄的厚度，并且分隔膜可通过去除在其中产生的张力而紧密地附接至电极组件的阶梯部分的相应表面。由此，分隔膜可被具体实施为具有与电极组件的阶梯部分形状相应的形状。
[0079]不特别限制切割过程，并且可通过各种方法执行切割过程。例如，可使用例如切割刀片、激光束、热射线等来执行切割过程，但是不应将其理解为限制性的。另外，可在分隔膜的将被切割的部分的位置中形成切割线，并且然后可压缩分隔膜或者在加热的同时压缩分隔膜，以便导致在切割线处切割分隔膜。同样地，通过切割分隔膜，可去除已经在阶梯部分上形成倾斜表面的分隔膜的张力，以便分隔膜可被紧密地附接至电极组件的相应表面，如图7和8中所示。由此，电极组件的阶梯可被具体实施为朝外指向。
[0080]在该情况下，不特别限制执行切割过程的位置。参考示出电极组件的横截面的图9，阶梯部分可包括:水平线a，也就是说，被暴露于外侧，不面对第二电极层压件的表面，作为第一电极层压件的沿着电极组件的厚度方向的最外部表面；和竖直线b，也就是说，通过沿着电极组件的长度方向堆叠具有第二面积的电极单元形成的第二电极层压件的端表面。阶梯部分也可形成具有直角的直角三角形，该直角三角形由水平线a、竖直线b和分隔膜的倾斜表面的斜边C，即直角的弦。因此，可在其必需位置处切割倾斜表面C。同样地，通过执行切割过程，可去除被施加有的张力的分隔膜的张力，上述经切割的分隔膜Cl可被紧密地附接至水平线a，并且分隔膜c2可被紧密地附接至竖直线b。在该情况下，当切割分隔膜Cl或c2的长度大于分隔膜与其紧密附接的水平线a或竖直线b(cl>a或c2>b)时，可折叠分隔膜。因此，可执行切割过程，以便切割分隔膜的长度，即Cl或c2的长度不超过水平线a或竖直线b的长度。也就是说，可执行切割，以满足条件cK a或c2 < b。
[0081]根据上述实施例，可通过在电极组件制造期间使用分隔膜，来实现下列电极组件，该电极组件具有通过被堆叠在彼此上的，具有面积差的电极单元形成的阶梯。另外，可消除由于分隔膜中产生的张力导致的将电极组件容纳在电池壳体时的困难，并且可防止如图4中所示的，在下电极层压件中发生弯曲。
[0082]同时，在根据该实施例的电极组件中，电极单元可包括至少一个电极突出物。当电极单元由单个电极构造时，仅可设置单个电极突出物，并且当电极组件被构造成包括单元电池时，通常可设置阴极突出物和阳极突出物两者。在上述电极突出物的情况下，具有相同极性的电极可被彼此电连接。另一方面，在该实施例中，电极突出物的面积或者布置有电极突出物的位置不特别受限。另外，为了保护电极突出物，或者将较大量的电极突出物暴露于外侧，也可在电极突出物的部分上执行缠绕接线。
[0083]同时，在实施例中，具有相应的电极单元的电极突出物彼此可具有相同面积或不同面积。由于根据现有技术的电极组件中包括的电极单元的面积彼此相同，所以通常使用具有相同面积的电极突出物。然而，在本发明概念的实施例中，由于在电极组件中包括具有不同面积的两种或更多种电极单元，所以适合应用于相应的电极单元的电极突出物的尺寸可不同。因此，在根据发明概念的实施例的电极组件中，可选择性地使用根据电极单元的面积具有不同面积的电极突出物，由此明显地提高电容。
[0084]另外，根据实施例，电极突出物可被布置在各种位置中，例如，以便具有相同极性的电极突出物彼此部分或完全重叠。在根据现有技术的电极组件的情况下，为了促进插入电极壳体后的电极突出物的电连接，具有相同极性的电极突出物通常被布置成彼此完全重叠。然而，在该情况下，当堆叠电极层的数目增大时，电极突出物的厚度可增大，并且可能使电极突出物之间的粘合特性恶化。可通过将电极突出物布置成彼此部分重叠，而非将电极突出物布置成彼此完全重叠，来显著降低该缺陷。
[0085]具体地，与根据实施例的电极组件中相同，当使用具有不同面积的两种或更多种电极单元时，可使用取决于电极单元的面积而具有不同面积的电极突出物，并且电极单元可被布置成，电极突出物彼此部分重叠，由此提高电极突出物之间的粘合特性，同时显著提高电容。
[0086]可通过使用根据发明概念的实施例的电极组件，来制造锂离子二次电池或锂离子聚合物二次电池的电池单元。电极组件可被嵌入电池壳体中，并且电池壳体可为袋式电池壳体。这里，可使用具有在袋形成过程期间，取决于将被嵌入电池壳体中的电极组件的形状而先前形成的阶梯部分的电池壳体。
[0087]另一方面，袋式壳体可由层压片构成，并且在该情况下，层压片可包括沿着厚度方向形成最外部部分的外树脂层、防止材料渗透的金属障碍层和用于密封的内树脂层，但是不应将该层压片视为限制性的。
[0088]另外，电池壳体可具有下列结构，其中将电极组件的电极单元的电端子彼此电连接的电极引线暴露于外侧，并且虽然图中未示出，但是用于保护电极引线的绝缘膜可被附接至电极引线的上和下表面。
[0089]此外，电池壳体可具有与根据实施例的电极组件形状对应的形状。可以改变电池壳体本身的方式，来形成上述电池壳体的形状。在该情况下，电池壳体的形状和尺寸可不必完全符合电极组件的那些形状和尺寸，因而，可使用任何能够防止电极组件的滑移现象导致的内部短路的形状和尺寸。另一方面，不应将根据实施例的电池壳体的形状视为限制性的，并且视需要，可使用具有各种形状和尺寸的电池壳体。
[0090]此外，可获得包括两个或更多个电池单元的电池组，该电池单元具有根据本发明概念的实施例的电极组件，并且此外，可具体实施一种包括根据实施例的至少一个或多个电池单元的装置。该装置可为移动电话、便携式计算机、智能手机、智能平板机、上网本计算机、轻型电动车辆、电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或蓄电装置。
【权利要求】
1.一种电极组件，包括:第一电极层压件，在所述第一电极层压件中堆叠有至少一个或多个具有第一面积的电极单元；第二电极层压件，在所述第二电极层压件堆叠有至少一个或多个具有第二面积的电极单元，所述第二面积小于所述第一面积；和阶梯部分，通过沿着与平面垂直的方向堆叠所述第一电极层压件和所述第二电极层压件而提供所述阶梯部分，并且所述阶梯部分具有由于所述第一电极层压件和所述第二电极层压件的面积差而形成的阶梯，所述电极组件的特征在于， 所述电极单元被矩形分隔膜缠绕，使得所述矩形分隔膜的至少一部分覆盖所述电极组件的所述阶梯部分，并且形成具有与所述阶梯部分相同形状的阶梯。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，通过缠绕所述电极单元，覆盖所述电极组件的所述阶梯部分的所述分隔膜的厚度等于或小于定位在所述电极层压件中的所述矩形分隔膜的厚度的90%。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其中，覆盖所述电极组件的所述阶梯部分的所述分隔膜被切割。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述第二电极层压件包括具有至少一个面积小于所述第二面积的电极单元的电极层压件，具有至少一个面积小于所述第二面积的电极单元的所述电极层压件沿着与所述平面垂直的方向堆叠在至少一个具有所述第二面积的电极单元上，并且所述第二电极层压件包括至少一个阶梯。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述电极单元包括:单个电极；至少一个单元电池，所述至少一个单元电池包括至少一个阳极、至少一个阴极和至少一个分隔膜；或它们的组合。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述单元电池选自如下组:果冻卷式单元电池；堆叠式单元电池；层压和堆叠式单元电池；以及堆叠和折叠式单元电池。
7.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述单元电池包括如下电极，所述电极具有相同极性并且沿着所述电极组件的厚度方向布置在所述单元电池的两个最外部表面上。
8.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述单元电池包括如下电极，所述电极具有不同极性并且沿着所述电极组件的厚度方向布置在所述单元电池的两个最外部表面上。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述第一电极层压件的最上部电极是阴极。
10.根据权利要求1所述的电极组件，其中，通过将具有不同极性的电极堆叠成彼此面对，来形成所述第一电极层压件和所述第二电极层压件。
11.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述电极组件由两层构成。
12.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述电极组件由三层或更多层构成。
13.一种制造电极组件的方法，包括: 在矩形分隔膜上排列至少一个具有第一面积的第一电极单元以及至少一个具有第二面积的第二电极单元，所述第一电极单元形成第一电极层压件，所述第二电极单元形成第二电极层压件，并且通过沿着单个方向卷起所述矩形分隔膜以对应于相应的电极单元从而允许所述第二电极层压件被堆叠在所述第一电极层压件上，来组装所述电极组件，所述电极组件由于所述电极层压件之间的面积差而具有阶梯；和 通过在所述电极组件的一个侧面部分上伸长或切割在所述第二电极单元的远端部分与所述第一电极层压件的最上部第一电极单元的远端部分之间的倾斜表面上的所述矩形分隔膜，来去除在由于所述矩形分隔膜经过而形成的所述矩形分隔膜的所述倾斜表面上产生的张力，所述矩形分隔膜经过所述电极组件的所述侧面部分，并且在所述侧面部分中形成所述阶梯。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，通过对形成所述倾斜表面的所述矩形分隔膜进行加热和压缩，来执行所述伸长。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，在80°C至100°C的范围内的温度下执行所述伸长。
16.根据权利要求13所述的方法，使用具有80°C至100°C的范围内的温度的夹具，通过对形成所述倾斜表面的所述矩形分隔膜进行压缩来执行所述伸长。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述夹具具有与所述电极组件的所述阶梯部分相同的形状。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，通过使用切割刀片、激光束或热射线来执行所述切割。
19.一种二次电池，包括根据权利要求1-12中的任一项所述的电极组件。
20.根据权利要求19所述的二次电池，其中，所述电极组件被嵌入到电池壳体中。
21.根据权利要求19所述的二次电池，其中，所述电池壳体具有阶梯部分，所述阶梯部分具有与所述电极组件的阶梯部分的形状相同的形状。
22.根据权利要求19所述的二次电池，其中，所述电池壳体为袋式壳体。
23.根据权利要求19所述的二次电池，其中，所述二次电池是锂离子二次电池或锂离子聚合物二次电池。
24.一种电池组，包括至少两个根据权利要求19所述的二次电池。
25.一种装置，包括至少一个根据权利要求19所述的二次电池。
26.根据权利要求25所述的装置，其中，所述装置为移动电话、便携式计算机、智能手机、智能平板、上网本计算机、轻型电动车辆、电动车辆、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆或蓄电装置。
【文档编号】H01M10/04GK104428939SQ201380016558
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2013年3月15日 优先权日:2012年11月9日
【发明者】权盛振, 金东明, 金基雄, 安谆昊 申请人:株式会社Lg 化学