电极组件、包括其的锂二次电池、制造电极组件的方法以及管理电极滑动标准的方法与流程

本技术要求与2022年8月8日提交的第10-2022-0098524号韩国专利申请的优先权。本发明涉及一种用于防止锂析出的电极组件、一种包括该电极组件的锂二次电池、一种制造该电极组件的方法以及一种管理电极滑动标准的方法。

背景技术：

1、由于技术的发展以及移动设备、汽车和能源存储等行业的需求不断增加，对电池作为能源的需求正在迅速增加。在这些二次电池中，已经对具有高能量密度和放电电压的锂二次电池进行了大量的研究，并已实现商业化和广泛应用。

2、取决于电池外壳的形状，二次电池分为电极组件嵌入圆柱形或棱柱形金属罐中的圆柱形和棱柱形电池以及电极组件嵌入由铝层压片制成的软包式外壳中的软包式电池。

3、此外，其中电极组件嵌入在电池外壳中的果冻卷式(jelly-roll type)电极组件是包括正极/隔膜/负极的层压结构的可充电的电发生器，其中隔膜插入在长片状的正极和负极之间，在其上施加并缠绕有包括电极活性材料的电极混合物，可以例举出一种堆叠式(层压式)电极组件，其中将以预定尺寸单元进行冲切和开槽的多个正极和负极依次堆叠，并在它们之间插入隔膜，并且可以例举出一种堆叠/折叠式电极组件，其具有通过层压正极和负极的预定单元来包裹双电池或全电池以及在它们之间插入的隔膜的结构。

4、将在混合处理中制造的用于电极混合物的浆料通过槽模以预定的图案和一定的厚度施加到电极集电器上，然后将其干燥，从而制造包括电极组件的正极和负极。但由于电极混合料浆是一种流体，在电极混合料浆施加处理之后的电极混合层中，电极混合料浆由于其流动性而向下流动，这称为滑动。

5、图1示出了将电极混合物施加到片状集电器的电极片，图2示出了沿图1中的切割平面线(虚线)切割的电极片的横截面视图。参考这些附图，在电极片的宽度方向x的两个边缘处沿朝向电极混合物未施加部分1的方向，其上施加有电极混合物的电极混合物施加部分2的厚度逐渐减小，在集电器的平面内形成斜面。这称为滑动区域s。该滑动区域可以是从没有施加电极混合物的电极混合物未施加部分与施加有电极混合物的电极混合物施加部分之间的边界线开始形成在沿着电极混合物施加部分的内向方向的30mm内或20mm内。

6、同时，参考图3，包括电极组件的正极10和负极20彼此相对，它们之间插入隔膜(未示出)，正极的滑动区域s的长度和负极的滑动区域s’的长度可能看起来不同，滑动区域的倾斜形状可以呈现各种变化，如上凸形状、下凸形状、直线形状、s形，并且即使倾斜形状相同，斜率也可能呈现不同。因此，根据正负极的面对位置，np比可能会出现局部失衡，从而导致锂从负极析出，引发短路等安全事故。

7、因此，有必要开发一种技术来防止在制造正极和负极处理中出现np比的失衡，但传统上，在电极浆料施加处理、干燥和轧制处理以及冲切和开槽处理的各个单元处理中，np比的管理由于在滑动区域中测量电极混合层厚度的繁琐而存在局限性，并且缺乏标准化的方法。因此，有必要开发一种防止电极制造处理中的滑动区域局部np比失衡的电极组件技术，以及防止np比失衡的电极滑动标准管理方法。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的技术思想寻求解决的第一个问题是提供一种电极组件，一种包括该电极组件的二次电池，以及一种制造该电极组件的方法，当正极和负极中至少一个包括滑动区域时，即使正极和负极存在于相同的传统面对面位置时，也可以防止np比反转的风险。

3、本发明的技术思想寻求解决的第二个问题是提供一种管理滑动标准的标准化方法，以防止包括滑动区域在内的电极制造处理中的np比反转的风险。

4、解决问题的手段

5、根据本发明的示例性实施方式，提供了一种电极组件。在锂二次电池的电极组件中，正极与负极彼此面对，正极与负极之间存在隔膜，但正极极耳的伸出方向与负极极耳的伸出方向相反，负极极耳包括：在负极集电器上施加有负极混合物的负极肩线部分和未施加负极混合物的负极未涂覆部分，负极肩线部分包括：负极滑动区域，该负极滑动区域随着负极混合物层的厚度沿负电极极耳的伸出方向减小而相对于负极集电器的平面形成斜面，其中作为负极混合物层在其中负极面对正极的下端部的第一面对面位置处上的厚度tn1与负极混合物层在负极中心部分上的厚度tnc的比率的第一负极厚度比rtn1(＝tn1/tnc)和作为正极混合物层在正极下端部处的厚度tp1与正极混合物层在正极中心部分处的厚度tpc的比率的(＝tp1/tpc)可以满足以下条件1。

6、(条件1)

7、rtn1≥(rtp1/np比)×100.1

8、(在条件1中，np比为预设值，即单位面积负极容量与正极容量的比值)

9、在根据示例性实施方式的电极组件中，作为负极混合物层在其中负极面对正极的上端部的第二面对面位置处的厚度tn2与负极混合物层在负极中心部分上的厚度tnc的比率的第二负极厚度比rtn2(＝tn2/tnc)和作为正极混合物层在正极的上端部处的厚度tp2与正极混合物层在正极中心部分处的厚度tpc的比率的第二正极厚度比rtp2(＝tp2/tpc)可以满足以下条件2。

10、(条件2)

11、rtn2≥(rtp2/np比)×100.1

12、(在条件2中，np比为预设值，即单位面积负极容量与正极容量的比值)

13、在根据示例性实施方式的电极组件中，负极肩线部分的长度l1与从第一面对面位置到负极肩线部分的端部的长度l3的比值可以在0.5至0.9之间。

14、在根据示例性实施方式的电极组件中，第一正极厚度比rtp1(＝tp1/tpc)可以是0.6至1。

15、在根据示例性实施方式的电极组件中，正极的正极极耳包括具有在正极集电器上施加有正极混合物的正极肩线部分和未施加正极混合物的正极未涂覆部分，正极肩线部分可包括正极滑动区域，其中正极混合物层的厚度沿正极极耳的伸出方向减小，从而相对于正极集电器平面形成斜面。

16、根据本发明的另一个示例性实施方式，提供了一种锂二次电池，并且该锂二次电池可以包括一个或多个所述的电极组件。

17、根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种电极组件的制造方法。该电极组件的制造方法包括：制备电极片，该电极片包括在电极集电器片上施加有电极混合物的电极混合物施加部分和未施加电极混合物并位于电极混合物施加部分的至少一个边缘上的电极混合物未施加部分；厚度测量处理，包括：在电极混合物施加部分和电极混合物未施加部分的边界部分上选定的多个点处测量每个电极混合物层的厚度，并在电极混合物施加部分的中心部分处测量电极混合物层的厚度；计算电极厚度比，包括：计算电极混合层在多个点中的每一个点处的厚度与电极混合物层在电极混合物施加部分的中心部分上的厚度之比；设定正/负极开槽预定线，其基于所计算的正极厚度比和负极厚度比在正极片和负极片上设定以单个正极和单个负极形式进行开槽的开槽预定线；开槽处理，根据设定的开槽预定线进行开槽；以及层压处理，通过在被开槽的正极和负极之间插入隔膜进行层压，其中设定正极/负极开槽预定线的处理包括：在正极片上确定正极第一面对面预定线p3和在负极片上确定负极面对面预定线p1；将正极第一面对面预定线p3确定为正极下端部开槽预定线；以及基于负极第一面对面预定线p1确定负极上端部开槽预定线，其中负极第一面对面预定线p1和正极第一面对面预定线p3被确定成使得在负极第一面对面预定线p1处的负极厚度比和在正极第一面对面预定线p3处的正极厚度比满足以下条件3。

18、(条件3)

19、负极厚度比≥(正极厚度比/np比)×100.1

20、(条件3中，np比为预设值，即单位面积负极容量与正极容量的比值)

21、在根据示例性实施方式的电极组件制造方法中，设定正/负极开槽预定线的处理还可包括：根据预设的np比值制作满足条件3的正极厚度比和负极厚度比的组合表。

22、在根据示例性实施方式的电极组件制造方法中，在确定负极上端部开槽预定线的步骤中，可将负极上端部开槽预定线确定为将沿负极片的宽度方向与负极第一面对面预定线相距正极和负极的平面间距g1的点进行连接的假想线。

23、在根据示例性实施方式的电极组件制造方法中，设定正/负极开槽预定线的处理还可包括：在正极片上确定正极第二面对面预定线p4，以及在负极片上确定负极第二面对面预定线p2，其中负极第二面对面预定线p2和正极第二面对面预定线p4被确定成使得在负极第二面对面预定线p2处的负极厚度比和在正极第二面对面预定线p4处的正极厚度比满足条件3。

24、在根据示例性实施方式的电极组件制造方法中，负极第二面对面预定线p2可以被确定为将沿负极片的宽度方向与负极第一面对面预定线p1相距正极的全长方向长度c的点进行连接的假想线。

25、在根据示例性实施方式的电极组件制造方法中，设定正极/负极开槽预定线的处理还可包括：将正极第二面对面预定线p4确定为正极上端部分预定线；将沿负极片的宽度方向与负极上端部开槽预定线相距负极的全长方向长度a的点进行连接的假想线确定为负极下端部开槽预定线。

26、在根据示例性实施方式的电极组件制造方法中，设定正/负极开槽预定线的处理还可包括：确定正极极耳开槽预定线和负极极耳开槽预定线，其中在确定正极极耳开槽预定线和负极极耳开槽预定线的步骤中，正极极耳开槽预定线被设定成使得正极极耳包括其上施加有正极混合物的正极肩线部分，负极极耳开槽预定线被设定成使得负极极耳包括其上施加有负极混合物的负极肩线部分。

27、在根据示例性实施方式的电极组件制造方法中，层压处理可包括对正极进行层压，使得开槽后的正极的正极下端部开槽预定线位于开槽后的负极的第一面对面预定线上。

28、在根据示例性实施方式的电极组件制造方法中，层压处理可包括对正极进行层压，使得开槽后的正极的正极上端部开槽预定线位于开槽后的负极的第二面对面预定线上。

29、根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种电极滑动标准的管理方法。电极滑动标准管理方法是一种管理电极的电极滑动标准的方法，该电极包括滑动区域，在滑动区域中，电极混合物层的厚度逐渐减小以相对于集电器平面形成斜面，该方法包括：在正极片上分别测量正极混合物层在正极中心部分处的厚度tpc和正极混合物层在正极下端部预定区域处的的厚度tp1，并计算第一正极厚度比rtp1(＝tp1/tpc)，即tp1与tpc之比；在负极片上确定面向正极下端部预定区域的负极第一面对面预定线p1；在负极片上分别测量负极混合物层在负极中心部分处的厚度tnc和负极混合物层在负极第一面对面预定线p1处的厚度tn1，并计算第一负极厚度比rtn1(＝tn1/tnc)，即tn1与tnc之比；确认第一正极厚度比rtp1与第一负极厚度比rtn1之间的关系是否满足下面的条件1。

30、(条件1)

31、rtn1≥(rtp1/np比)×100.1

32、(在条件1中，np比为预设值，即单位面积负极容量与正极容量的比值)

33、在根据示例性实施方式的电极滑动标准管理方法中，还可包括：测量正极混合物层在正极上端部预定区域处的厚度tp2，并计算第二正极厚度比rtp2(＝tp2/tpc)，即tp2与tpc的比值；在负极片中确定面对正极上端部的负极第二面对面预定线p2以；测量负极混合物层在第二负极面对面预定线p2处的厚度tn2，计算第二负极厚度比rtn2(＝tn2/tnc)，即tn2与tnc之比；确定第二正极厚度比rtp2与第二负极厚度比rtn2之间的关系是否满足条件2。

34、(条件2)

35、rtn2≥(rtp2/np比值)×100.1

36、(在条件2中，np比为预设值，即单位面积负极容量与正极容量的比值)

37、在根据示例性实施方式的电极滑动标准管理方法中，在确定负极第一面对面预定线的步骤中，负极第一面对面预定线p1可以被确定为将沿宽度方向与负极混合物施加部分和负极混合物未施加部分的边界线相距负极肩线部分的长度l1以及正极和负极的平面间距g1的点进行连接的假想线。

38、在根据示例性实施方式的电极滑动标准管理方法中，在确定负极第二面对面预定线的步骤中，负极第二面对面预定线p2可以被确定为将沿宽度方向与负极第一面对面预定线p1相距正极的全长方向长度c的点进行连接的假想线。

39、有益效果

40、根据本发明示例性实施方式的电极组件和制造电极组件的方法具有防止电极滑动区域内np比局部反转现象的作用。

41、根据本发明的示例性实施方式，在正极和负极相互面对的特定面对面位置处计算的正极厚度比和负极厚度比满足预定条件，以确保防止局部np比反转风险，并且可以以标准化的方式管理存在np比反转风险的滑动区域。