CN107431232B - 包含位于空隙部分的电极接头与电极引线之间的联结部的电极组件 - Google Patents

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Abstract

本文公开一种电极组件以及一种包含该电极组件的电池组单元，该电极组件包括：沿一平面基准上的高度方向排列的多个单元电池，单元电池中的至少两个单元电池具有不同的平面尺寸；和由所排列的单元电池之间平面尺寸差来界定的空隙部分，其中该单元电池各个包含至少一个电极板，由该单元电池的电极板突出的电极接头经由接头‑引线联结部电性连接至电极引线，该接头‑引线联结部位于该空隙部分。

Description

包含位于空隙部分的电极接头与电极引线之间的联结部的电 极组件
技术领域
本申请要求享有于2015年4月16日递交的第10-2015-0053576号韩国专利申请的权益，上述申请案的公开内容通过引用以全文并入在此。
本发明涉及电极组件，该电极组件包含位于空隙部分的电极接头与电极引线之间的联结部。
背景技术
化石燃料使用的急速增长加速了对于可替代能源或清洁能源的需求，关于使用电化学的发电和电力储能上的研究已积极地进行。
使用这种电化学能的电化学设备的典型实例为二次电池，已越来越多地使用于各种领域。
基于电池壳的形状，可以将二次电池分类成柱型电池、棱型电池和袋型电池，柱型电池具有安装于柱形金属罐的电极组件，棱型电池具有安装于棱形金属罐的电极组件，以及袋型电池具有安装于由铝层压板制成的袋形壳中的电极组件。
安装于电池壳中的电极组件具有能够充电和放电的正极/隔板/负极堆叠结构，起发电元件的作用。可以将电极组件分类成卷芯型(jelly-roll)电极组件或堆叠型电极组件，卷芯型电极组件经构造以具有如下结构：施用活性材料的长板形正极和长板形负极以隔板设置于正极与负极之间的状态卷绕；堆叠型电极组件经构造以具有如下结构：预定尺寸的多个正极和预定尺寸的多个负极以隔板各自介于正极和负极之间的状态相继地堆叠。
作为具有改良结构的电极组件，结合卷芯型电极组件和堆叠型电极组件，开发了一种堆叠/折叠型电极组件。该堆叠/折叠型电极组件被构造成使用长且连续的薄膜来折叠多个全电池(full cells)或多个双电池的结构，各个全电池具有预定尺寸并经构造以具有正极/隔板/负极结构，各个双电极(bicells)具有预定尺寸并经构造以具有正极(负极)/隔板/负极(正极)/隔板/正极结构。
此外，为了提升传统的堆叠型电极组件的可加工性和满足对于二次电池的多种需求，亦开发出一种层叠/堆叠型电极组件，该层叠/堆叠型电极组件经构造以具有单元电池堆叠的结构，各个单元电池包含层叠(lamination)堆叠的电极和隔板，其中电极和隔板以电极与隔板交替排列而粘接。
同时，对于二次电池之一的锂二次电池的需求已经增长，由于锂二次电池相较于其它二次电池更轻且具有更高的能量密度。即便消费者对于具有高能量密度的电池需求持续增长，但锂二次电池的能量密度仍不足以满足消费者的需求。
为了解决上述问题，已经做出了使用二次电池内部的空间以提高能量密度的尝试。但是，由二次电池的结构限制所致无法实现期望的效果。
具体而言，在经构造以具有多个电极板和多个隔板堆叠的结构的电池中，已经做出了多种尝试以减少由电极板突出的电极接头所占据的体积，和减少由用于连接电极接头和电极引线的联结部所占据的体积。然而，也没有实现期望的效果。
因此，非常需要使所构造的具有多个电极板和多个隔板堆叠结构的电池能量密度提高的同时维持该电池整体结构的技术。
发明内容
技术问题
因此，本发明致力于解决上述问题，以及仍须解决的其它技术问题。
作为解决上述问题的各种广泛的和深入的研究和试验的结果，本申请的发明人已发现：正如将在此后所描述，在从单元电池的电极板中突出的电极接头经由接头-引线联结部电性连接至电极引线且接头-引线联结部位于空隙部分的情形中，二次电池的能量密度得到相当大地提升。基于上述发现完成了本发明。
技术方案
根据本发明的一方面，上述及其它目的通过提供一种电极组件来完成，该电极组件包括：多个单元电池，沿一平面基准上的高度方向排列，至少两个单元电池具有不同的平面尺寸；和空隙部分，由所排列的单元电池之间的平面尺寸差来界定，其中各个单元电池包括至少一个电极板，从单元电池的电极板突出的电极接头经由接头-引线联结部电性连接至电极引线，并且接头-引线联结部位于空隙部分中。
在传统的电极组件中，电极接头和接头-引线联结部突出以占据预定体积，因此减少二次电池容量。
而根据本发明的电极组件，降低二次电池容量的电极接头和接头-引线联结部位于空隙部分，该空隙部分是一种死区(dead space)，因而显著地提高了二次电池的能量密度。
在一具体实施例中，电极接头可以包括正极接头和负极接头，相同极性的电极接头可以电性连接至一条电极引线。
替代地，具有相同极性的电极接头可以彼此分离，并且可以电性连接至不同的电极引线。然而，在这种情形中，电极接头与电极引线之间的连接将更为复杂，由接头-引线联结部占据的体积将进一步地增加，这并不是高效的。
此外，为了更加易于获得电极接头与电极引线之间的连接和简化制造工艺，具有相同极性的电极接头可以沿平面基准上的同一方向突出。
电极组件的空隙部分可以位于具有相对小的平面尺寸的单元电池的外部，并且可以在电极接头突出的方向上定位。
在电极组件的空隙部分位于具有相对小的平面尺寸的单元电池外部的情形中，如以上所描述，由于使用了二次电池可能是死区的部分，因此二次电池的能量密度相当大地提升。
另一方面，在电极组件的空隙部分位于具有较大平面尺寸的单元电池外部的情形中，难以使用死区，并且将使用额外的空间以安置该接头-引线联结部。从而，能量效率的提高是微不足道的。
在一具体的实施例中，空隙部分由在电极接头突出的方向上定位的单元电池的未对准排列的端部界定。
在包含多个单元电池的电极组件，即，一步成形电池组件中，排列单元电池以使得这些在电极接头突出的方向上定位的单元电池的端部彼此对准，这些单元电池沿一平面基准上的高度方向排列且至少两个单元电池具有两个不同的平面尺寸。因此，有可能易于将电极接头联结至电极引线。然而，不可能通过使用空隙部分而提高能量密度。
另一方面，根据本发明，空隙部分由在电极接头突出的方向上定位的单元电池的未对准排列的端部界定，接头-引线联结部位于空隙部分，这偏离了一般的技术认知。因此，有可能在相当大地提升能量密度的同时易于实现电极接头与电极引线之间的联结。
在一具体的实施例中，正极接头与负极接头突出的方向在一平面基准上可以是彼此相同的或不同的，只要相同极性的电极接头在该平面基准上朝同一方向突出即可。
具体而言，正极接头和负极接头可以朝平面基准上的同一方向突出。替代地，正极接头可以朝电池组件的一个方向突出，负极接头可以朝与正极接头突出的方向相反的方向突出，使得正极接头与负极接头相对。
同时，为了减少由电极接头占据的体积，在至少一些电极接头弯曲的状态下，接头-引线联结部可以位于空隙部分中。
单元电池可以基于需要电极组件的装置的结构而经构造以具有多种形状。具体而言，单元电池在厚度、长度和宽度中的至少一个方面彼此不同，且各单元电池可具有多边形平面形状或圆形平面形状。
此外，电极引线可平行于电极板延伸。
由于根据本发明的电极组件与传统的电极组件在结构上大体相似，如以上所述，因此有可能在没有很大程度地改造现有制造设施的条件下制造以提高能量密度为特征的二次电池。
对各单元电池的结构没有特别地限制，只要各单元电池包含一或多个电极板和隔板即可。各单元电池可以包括至少一个电极板和至少一个隔板。
各单元电池可以包含两个或更多个电极板和隔板，并且电极板和隔板可以交替地排列。
此外，各单元电池经构造以使得位于各单元电池的相对表面的电极具有相同的极性，或者使得位于各单元电池的相对表面的电极具有不同的极性。
具体而言，各单元电池经构造以具有诸如以下的结构：电极板/隔板结构、隔板/电极板/隔板结构、第一电极板/隔板/第二电极板结构、隔板/第一电极板/隔板/第二电极板结构、第一电极板/隔板/第二电极板/隔板/第一电极板结构、隔板/第一电极板/隔板/第二电极板/隔板/第一电极板结构、或隔板/第一电极板/隔板/第二电极板/隔板/第一电极板/隔板结构。替代地，电极板与隔板以类似于上述指定的方式排列。
在一具体的实施例中，隔板可以具有相较于电极板更大的尺寸，由于隔板多余部分延伸长于电极板，在电极接头不接触电极板的端部的状态下，电极接头可以朝向接头-引线联结部弯曲。
具体而言，隔板多余部分可以与电极接头一起朝向接头-引线联结部弯曲，使得至少一些电极接头与电极组件的外周边表面紧密接触地弯曲。
亦即，即使在电极接头以一特定方向弯曲时，由于隔板的结构，电极接头也可以避免接触具有不同极性的电极板。因此，可以有效避免发生内部短路，并由此改善二次电池的稳定性。
此外，由于隔板的结构，电极接头与电极组件可以更紧密接触，由此进一步地提升二次电池的能量密度。
同时，位于电极组件外表面且与空隙部分中的接头-引线联结部紧密接触的电极板可以具有与接头-引线联结部不同的极性。为了改善二次电池的安全性，有必要将接头-引线联结部与位于电极组件的外表面的电极板绝缘。在一具体的实施例中，接头-引线联结部可以在介于接头-引线联结部与电极组件的外表面之间***绝缘膜的状态下与电极组件外表面紧密接触。
绝缘膜和隔板可以由相同材料或不同材料制成。在绝缘膜与隔板由相同材料制成的情形中，电池组件制造期间使用的隔板可以被使用而无需改变，从而提高了工艺效率。另一方面，在绝缘膜与隔板由不同材料制成的情形中，电极组件的最外面部分的机械强度可以进一步增加，或者电极组件的绝缘可以进一步地提高，从而改善二次电池的稳定性。
在一具体的实施例中，接头-引线联结部可以使用固定构件固定于期望的位置。具体而言，固定构件可以是粘合带。
如果电极引线偏离期望的位置，当接头-引线联结部定位于电极组件的空隙部分之后将电极组件***电池壳时，二次电池的外部形貌被损坏。因此，当使用固定构件固定接头-引线联结部时，可能减少二次电池的缺陷率。
此外，接头-引线联结部通过焊接固定。因此，接头-引线联结部相较于电极组件其它区域具有对外部撞击更低的抵抗力。出于这一原因，为了增强接头-引线联结部，可以使用固定构件来覆盖接头-引线联结部。
在一具体的实施例中，电极接头可以具有相同的或不同的长度。具体而言，电极接头可以具有不同的长度，电极接头的长度可以基于空隙部分与电极板之间的距离的增加而相对地增加。
尤其是，在接头-引线联结部处，电极接头的端部可以实质上彼此对准。
在电极接头具有相同的长度的情形中，有可能使用同种电极板来制造电极组件。此情形中的工艺效率高于使用不同种电极板的情形。
但是，若使用过长的电极接头，则能量密度可能降低，这是因为电极接头占据二次电池的内部的空间。
另一方面，在电极接头具有不同的长度的情形中，有可能使用不同种类的电极板来制造电极组件，从而提高能量密度。但是，由于使用了不同种类的电极板，工艺效率可能会降低。
因此，可以在制造电极组件期间使用具有相同长度电极接头的电极板，从而提高工艺效率，随后在制造电极组件期间电极接头可以被切断以使得电极接头的端部充分彼此对准，从而提高能量密度。
各电极接头可以具有5mm至25mm的长度，优选地为6mm至23mm，并且接头-引线联结部可以具有0.5mm至5mm的长度，优选为1mm至4mm。但是，本发明并不限制于此范围。
对电极组件的结构没有特别地限定。例如，电极组件可以是堆叠型电极组件，层叠/堆叠型电极组件、堆叠/折叠型电极组件、卷芯型电极组件。
根据本发明的另一方面，提供一种制造电极组件的方法，该方法包含：
(a).将具有不同平面尺寸的至少两个单元电池沿一平面基准上的高度方向排列，以使得通过所排列的单元电池之间的平面尺寸差来界定空隙部分；
(b)朝向空隙部分至少部分地弯曲单元电池的电极接头；(c)将电极接头电性连接至电极引线以形成接头-引线联结部；以及
(d)弯曲电极接头以使得接头-引线联结部定位于空隙部分。
在一具体的实施例中，方法进一步地包含(b-1)切断电极接头以使得电极接头的端部实质上彼此对准，步骤(b-1)在步骤(b)之后执行。
在包含步骤(b-1)的情形中，可以在电极组件的制造期间使用具有相同长度电极接头的电极板，从而提高工艺效率，随后可以在电极组件的制造期间切断电极接头以使得电极接头实质上彼此对准，从而提高能量密度。
根据本发明的另一方面，提供包含电极组件的电池组单元，该电池组件与电解质溶液一起以密封状态容纳于电池壳中。
在一具体的实施例中，电池组单元经构造以具有如下结构：电极引线的端部由电池壳朝外暴露，且电极接头和接头-引线联结部位于电池壳中。
根据本发明的电池组单元中，电极接头和接头-引线联结部可位于电池壳中。因此，有可能使用电池组单元的内部空间，从而相当大地提高能量密度。在应用关于使用电池组单元外部的空间以提高能量密度的技术中，有可能通过使用电池组单元的内部空间和电池组单元的外部空间两者而相当大地提高电池组单元的能量密度。
在一具体的实施例中，电池壳可以是由包含金属层和树脂层的层压板制成的袋型电池壳。
层压板可以是铝层压板。具体而言，层压板经构造可以具有如下结构：显示出高耐用性的外树脂层附接至金属阻挡层的一个主要表面(外部表面)，以及显示出高热粘结特性的树脂密封层附接至金属阻挡层的另一主要表面(内部表面)。
外树脂层必须显示出对外部环境更高的抗性。因此，外树脂层必须显示出相较于预定的拉伸强度和耐候性而言更大的拉伸强度和耐候性。由于这个原因，外树脂层可以由聚合物树脂制成，诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或拉伸尼龙膜。
金属阻挡层必须具有增强电池壳强度的功能，还有避免引入或泄露外来物质的功能，外来物质诸如气体或湿气。为了这一目的，金属阻挡层可以由诸如铝或铝合金制成。
树脂密封层可以由聚烯烃(polyolefin)树脂制成，该树脂显示出高的热粘结特性(热粘合性)和低的吸湿性，这对于抑制电解质溶液的渗透是必需的，并且该树脂密封层不被电解质溶液胀大或侵蚀。在一具体的实施例中，树脂密封层可以由流延聚丙烯(CPP)制成。
一般而言，聚烯烃，具体而言聚丙烯，具有与金属的低附着力。出于此原因，粘结层可进一步地设置于树脂密封层和金属阻挡层之间，以提高树脂密封层和金属阻挡层之间的附着力并提升阻挡性能。粘结层可以例如由聚氨酯(urethane)、亚克力(acryl)或热塑弹性体(elastomer)制成，但是用于粘结层的材料不限于此。
接头-引线联结部所处的电池壳区域可以相对地突出。
电极组件的外表面至少一部分可以成形为具有阶梯，电池壳可以具有对应于电极组件的外表面形状的阶梯。
同时，电池组单元可以为锂二次电池、锂离子电池或锂离子聚合物电池。
术语“电极板”是正极或负极的通称。此后，将描述二次电池的其它部件。
可以例如通过施用正极活性材料、导电剂、粘结剂的正极混合物至正极集流器而制造正极。如需要，可以进一步地添加填充剂至正极混合物。
一般来说，正极集流器具有3至300μm的厚度。对正极集流器没有特别地限定，只要正极集流器显示出高导电性的同时正极集流器不引发施用正极集流器的电池内的化学变化即可。例如，正极集流器可以由不锈钢、铝、镍、或钛制成。替代地，正极集流器可以由铝或不锈钢制成，该正极集流器的表面可以用碳、镍、钛、或银处理。具体而言，正极集流器可以由铝制成。正极集流器可以具有在该正极集流器表面形成的微尺度不平坦的图案，从而增加正极活性材料的粘着力。正极集流器被构造成多种形状，诸如膜、片、箔、网、多孔主体、泡沫主体和无纺布主体。
正极活性材料可以但并不限于为诸如锂钴氧化物(LiCoO2)或锂镍氧化物(LiNiO2)之类的层状复合物、或由一或多种过渡金属取代的复合物，由化学式Li1+xMn2-xO4(其中，x＝0至0.33)表示的锂锰氧化物或诸如LiMnO3、LiMn2O3、或LiMnO2之类的锂锰氧化物，锂铜氧化物(Li2CuO2)，诸如LiV3O8、LiV3O4、V2O5、或Cu2V2O7之类的钒系氧化物，由化学式LiNi1-xMxO2(其中，M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B、或Ga,且x＝0.01至0.3)表示的Ni位点型(Ni-sited)锂镍氧化物，由化学式LiMn2-xMxO2(其中，M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn、或Ta，且x＝0.01至0.1)或化学式Li2Mn3MO8(其中，M＝Fe、Co、Ni、Cu、或Zn)表示的锂锰复合氧化物，化学式中的锂部分由碱土金属离子所取代的LiMn2O4，二硫化物或Fe2(MoO4)3。
通常加入导电剂以使得导电剂基于包含正极活性材料的正极混合物的总重为1-30重量％。导电剂并没有特别地限定，只要导电剂显示出高导电性的同时导电剂不会造成施用导电剂的电池中的化学变化即可。可以用作导电剂的例如有：石墨，诸如人工石墨或天然石墨；碳黑，诸如碳黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑或夏黑；导电纤维，诸如碳纤维或金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳粉末、铝粉或镍粉；导电须，诸如氧化锌或钛酸钾；导电的金属氧化物，诸如氧化钛；或者聚亚苯基衍生物。
粘结剂是一种促进活性材料和导电剂之间粘结、及与集流器粘结的组分。粘结剂一般地加入基于包含正极活性材料的复合物的总重的1至30重量％。作为粘结剂的实例，可以使用聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基化纤维素(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、氟橡胶和多种共聚物。
填充剂是用于抑制正极膨胀的选择性组分。对填充剂没有特别的限制，只要填充剂由纤维材料制成且不会造成施用填充剂的电池内的化学变化即可。作为填充剂的实例，可以使用烯烃聚合物，诸如聚乙烯和聚丙烯；纤维材料，诸如玻璃纤维和碳纤维。
另一方面，通过将负极活性材料、导电剂和粘结剂的负极混合物施用至负极集流器而制备负极。填充剂可选择性地添加至负极混合物。
对负极集流器没有特别地限制，只要负极集流器显示出高导电性的同时负极集流器不会引发施用负极集流器的电池内的化学变化即可。例如，负极集流器可以由铜、不锈钢、铝、镍、钛或塑料碳制成。替代地，负极集流器可以由铜或不锈钢制成，该负极集流器的表面可以用碳、镍、钛、银、或铝-镉处理。以与正极集流器相同的方式，负极集流器可以具有在该负极集流器表面形成的微尺度不平坦的图案，从而增加负极活性材料的粘着力。负极集流器被构造成多种形状，诸如膜、片、箔、网、多孔主体、泡沫主体和无纺布主体。
在本发明中，负极集流器可以具有在3至300μm范围内的相同厚度。然而，根据情况负极集流器可以具有不同的厚度。
作为负极活性材料，举例而言，可以使用诸如非石墨碳或石墨基碳之类的碳，诸如LixFe2O3(0≤x≤1),LixWO2(0≤x≤1),SnxMe1-xMe’yOz(Me:Mn、Fe、Pb、Ge；Me’:Al、B、P、Si、周期表1族,2族和3族元素、卤素；0≤x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)的金属复合氧化物，锂金属，锂合金，硅基合金，锡基合金，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4、或Bi2O5之类的金属氧化物，诸如聚乙炔之类导电聚合物，或者Li-Co-Ni基材料。
隔板设置于正极与负极之间。作为隔板，举例而言，可以使用显示出高离子渗透性和高机械强度的绝缘薄膜。隔板通常具有0.01至10μm的小孔直径和5至30μm的厚度。作为用于隔板的材料，举例而言，可以使用显示出化学抗性和吸湿性的诸如聚丙烯之类的烯烃，玻璃纤维，或聚乙烯。在将诸如聚合物之类的固体电解质用作电解质的情形中，固体电解质可以起到隔板的作用。
电解质溶液可以是含锂盐的非水电解液。含锂盐非水电解液由非水电解质和锂盐组成。非水有机溶剂、有机固体电解质或无机固体电解质可以用作非水电解质。然而，本发明没有限制于此范围。
作为实例，非水有机溶剂可提及非质子有机溶剂，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-咪唑啉酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯。
作为实例，有机固体电解质可以由聚乙烯衍生物、聚乙烯氧化物衍生物，聚丙烯氧化物衍生物、磷酸酯聚合物、聚合的搅拌赖氨酸(aditaionlysine)、聚酯醚、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯和含离子离解基团的聚合物。
作为实例，无机固体电解质可以由锂(Li)的氮化物、卤化物和硫酸盐制成，诸如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH和Li3PO4-Li2S-SiS2。
锂盐是易溶于上述非水电解质的材料，并且包含例如以下物质：LiCl,LiBr,LiI,LiClO4,LiBF4,LiB10Cl10,LiPF6,LiCF3SO3,LiCF3CO2,LiAsF6,LiSbF6,LiAlCl4,CH3SO3Li,(CF3SO2)2NLi，氯硼烷锂、低级脂肪族羧酸锂，四苯基硼酸锂、酰亚胺。
此外，为了提高充放电特性和阻燃性，可以将例如如下物质添加至非水电解质中：吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、乙二醇二甲醚(glyme)、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、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(ethylene glycol dialkyl ether)、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝、或类似物。根据情况，为了赋予不燃性，非水电解液可以进一步包含含卤溶剂，诸如四氯化碳、三氟乙烯。而且，为了进一步提升高温存储特性，非水电解液可以进一步地包含二氧化碳气体。此外，可进一步地包含氟代碳酸乙烯酯(FEC,Fluoro-Ethylene Carbonate)和丙烯基磺酸内酯(PRS，Propene sultone)。
在一具体的实施例中，诸如LiPF6、LiClO4、LiBF4、或LiN(SO2CF3)2之类的锂盐可以被加入至环状碳酸酯和线性碳酸酯的混合溶剂中，以制备含锂盐的非水电解质，环状碳酸酯诸如EC或PC之类的高介电性溶剂，线性碳酸酯诸如DEC、DMC、或EMC之类的低粘度溶剂。
根据本发明的另一方面，提供包括电池组单元作为单元电池的电池组和包括电池组作为电源的设备。
例如，设备可以是笔记本电脑、上网本、平板电脑、可穿戴电子设备、电动工具(power tool)、电动车辆(EV，electric vehicle)、混合动力汽车(HEV，hybrid electricvehicle)、插电式混合动力汽车(PHEV，plug-in hybrid electric vehicle)、电动自行车(E-bike)、电动机车(E-scooter)、电动高尔夫球车(electric golf cart)、或电力存储***。但是，本发明没有限定于上述范围。
本发明相关领域已熟知的设备结构和制造方法，故省略其具体描述。
附图简述
本发明上述的和其它的客体，特征以及其它的优势可以由结合随附的附图而得出的以下详细描述来更清楚地理解。
图1是典型地示出常规电池组单元的电极组件和电池壳的透视图；
图2是典型地示出其中安装有电池组件的电池组单元的透视图，该电池组件包含平面尺寸不同的两个单元电池；
图3是典型地示出图2中的电池组单元中包含的电池组件的垂直截面图；
图4是典型地示出图2中的电池组单元的垂直截面图；
图5是示出根据本发明的实施方式的电极组件的垂直截面图；
图6是典型地示出图5中的电极组件以密封状态容纳于电池壳中的电池组单元的垂直截面图；以及
图7和图8是示出用于制造图5电极组件的一系列工艺的典型视图。
优选方式
现在，将结合参照随附的附图来描述本发明的示例性实施方式。然而，应当注意，本发明的范围并不为所阐明的实施方式所限制。
图1是典型地示出常规电池组单元的电极组件和电池壳的透视图。
参照图1，电极组件10包含堆叠11、电极接头12和13以及电极引线16和17，电池壳20包含电极组件容纳部21、构成层压板的外涂覆层22和内密封层、以及盖24。
具体而言，电极组件10包含重复堆叠两个或更多个结构而构造的板形堆叠11，各个所堆叠的结构包括正极、负极和***正极与负极之间的隔板。电极接头12和13各自在正极集流器和负极集流器处形成，由电极组件10的一个较窄侧面突出。
对电极接头12和13分组，各电极接头具有相同极性。电极接头12和13分别电性连接至电极引线16和17。
电池壳20为由包含外涂覆层22的层压板、内密封层23和***外涂覆层22与内密封层23之间的阻挡层制成的袋形壳，外涂覆层22由耐候性的聚合物制成，内密封层23由可热熔的聚合物制成，阻挡层由铝或铝合金制成。
电池壳20具有电极组件容纳部分21，电极组件10与电解质溶液一起容纳于电极组件容纳部分21中。在电极组件10和电解质溶液容纳于电极组件容纳部分21中的状态下，电极组件容纳部分21由盖24覆盖，随后内密封层23热熔化，从而制造一个独立的电池组单元。
图2是典型地示出其中安装有电池组件的电池组单元的透视图，该电池组件包含平面尺寸不同的两个单元电池。图3是典型地示出图2的电池组单元中包含的电池组件的垂直截面图。图4是典型地示出图2的电池组单元的垂直截面图。
首先参看图2，电池组单元101包括不同平面尺寸的两个单元电池110和120，两个电极引线130形成于单元电池110的左侧，使得电极引线130由电池壳向外突出。
具体而言，在一平面基准上，平面尺寸相对小的单元电池120堆叠于平面尺寸相对大的单元电池110的顶表面之上。在单元电池110和120一个堆叠于另一个之上的状态下，单元电池110和120容纳于电池壳中。
尤其是，单元电池110和120经排列以使得电极引线定位处的单元电池110和120的左端彼此对准，但是单元电池110和120的右端彼此未对准。
现参看图3，电极组件100包括具有不同平面尺寸的两个电池组单元110和120。单元电池110包含三个电极板111和四个隔板115，单元电池120包含三个电极板121和三个隔板125。
由各电极板111和121的左侧突出的电极引线140经由接头-引线联结部131电性连接至电极引线130。
电极引线130相较于电极接头140进一步地向左定位，且接头-引线联结部131位于电极引线130与电极接头140之间。电极接头140从各个电极板111和121向接头-引线联结部131弯曲。
参看图4，电池组单元101包括含电池组件和电池壳150，电池组件包含两个单元电池110和120，电极组件容纳于电池壳150中。
在单元电池110和120堆叠的状态下，单元电池110和120被容纳于电池壳150中，电极引线130的左端由电极壳150朝外暴露。
电极接头140和接头-引线联结部131位于电池壳150中。电极接头140和接头-引线联结部131占据电池壳150中的预定体积V1，从而降低电池组单元101的容量。
图5是示出根据本发明的实施方式的电极组件的垂直截面图。
结合图3参看图5，电极组件200包含具有不同平面尺寸的两个单元电池210和220，空隙部分260由单元电池210和220之间的尺寸差来界定。
电极引线230由电极板211和221向左平行于电极板211和221延伸。单元电池210和220具有相同的厚度和宽度。但是，单元电池210和220具有不同的长度。
单元电池210和220各自包含三个电极板211和221。各自由电极板211和221向左突出的电极接头240和241经由接头-引线联结部231电性连接至电极引线230。接头-引线联结部231位于空隙部分260。
空隙部分260位于单元电池220的外部，具有相对小的平面尺寸。具体而言，空隙部分260位于单元电池220的左侧，电极接头241由该单元电池突出。
空隙部分260由单元电池210和220的端部的未对准排列来界定，电极接头241由该单元电池突出。尤其是，与图3的电极组件100相比较，根据本发明的实施方式的电极组件200不同于电极组件100，电极组件100中单元电池110和120的左端彼此对准。
传统上，出于电极接头241必须复杂地弯曲的原因，避免将空隙部分260定位于电极接头241所突出的电池组单元侧面处，从而降低工艺效率。
然而，根据本发明，已发现：不同于常规的构思，当接头-引线联结部231位于空隙部分260时，在空间利用方面效率高，没有必要对电极接头240和241进行非必要地延伸，这样经简化以定位接头-引线联结部231，将比传统的结构更为有效。
同时，隔板215和225大于电极板211和221。由于隔板多余部分216延伸长于电极板211和221，在电极接头240和241不接触电极板211和221的端部的状态下，电极接头240和241向接头-引线联结部231弯曲。
在上述结构中，即使电极接头240和241以特定的方向弯曲时，也能够防止电极接头240和241接触具有不同极性的电极板211和221。因此，可能有效地避免发生内部短路，从而改善二次电池的稳定性。此外，由于隔板215和225的结构，造成电极接头240和241与电极组件200更紧密的接触，从而进一步提升二次电池的能量密度。
接触接头-引线联结部231与电极组件200的外表面紧密接触而绝缘膜213被***接头-引线联结部231与电极组件200的外表面之间，从而使电极组件200的外表面与接头-引线联结部231绝缘。
图6是典型地示出图5中的电极组件以密封状态容纳于电池壳中的电池组单元的垂直截面图
结合图4来参看图6，电池组单元201经构造以使得在电极接头240和241经由接头-引线联结部231连接至电极引线230的状态下电极接头240和241安装于电池壳250中，并且使得电极引线230的左端由电池壳250朝外暴露。
电极接头240和241和接头-引线联结部231占据电池组单元201中预定体积V2，该预定体积V2远远小于电极接头140和接头-引线联结部131在电池组单元101中占据的体积V1。
对于给定的电池容量，根据本发明的电池组单元201的体积降低了近似V1与V2之间的差，从而提高电池组单元的能量密度。
假设本发明相关领域中使用的常规电池组单元具有100.0mm的宽度、315.0mm的长度和10.6mm的厚度，由接头-引线联结部导致长度增加7.5mm。当本发明应用于这种电池组单元时，长度减少7.5mm，接头-引线联结部所处的电池组单元的区域的厚度增加0.9mm。
根据本发明，接头-引线联结部位于空隙部分，该空隙部分是一种死区。因此厚度的增加对电池组单元没有影响。据证实，根据本发明的电池组单元的容量比普通电池组单元大大约5％。
图7和图8是示出用于制造图5电极组件的一系列工艺的典型视图。
参看图7和图8，具有不同平面尺寸的两个单元电池210和220以一平面基准上的高度方向排列，以使得空隙部分260由单元电池之间的平面尺寸差来界定。
单元电池210和220的电极接头240和241至少部分地朝向空隙部分260弯曲。具体而言，电极接头240和241弯曲，以使得电极接头面向同一方向。尤其是，电极接头240向空隙部分260弯曲一次，且电极接头241弯曲一次、两次或三次，以使得电极接头241的端部经由空隙部分260而位于电极接头240的端部附近。
由于使用具有相同长度的电极接头240和241的电极板，电极接头240和241的端部在弯曲之后没有彼此对准。为了避免由电极接头240和241的多余部分所导致的空间的不必要浪费，电极接头240和241沿着截线A切断，以使得电极接头240和241实质上彼此对准。
因此，电极接头240和241具有不同的长度，电极接头240和241的长度基于空隙部分260与电极板之间距离的增加而相对地增加。
接着，通过焊接将电极引线230连接至电极接头240和241，其中电极引线230的端部与电极接头240和241的端部彼此对准，以形成接头-引线联结部231，且随后电极接头240和241朝箭头B标示的方向弯曲，使得接头-引线联结部231位于空隙部分260，从而制造图5的电极组件200。
尽管出于说明性目的已公开本发明的示例性实施方式，但是本领域技术人员应意识到，在不偏离本发明范围和思想的条件下的各种修改、增加或替代将是可能的。
工业适用性
由以上描述显而易见，根据本发明的电极组件经构造以使得接头-引线联结部位于空隙部分，空隙部分是一种死区，从而显著地提高二次电池的能量密度。
此外，有可能制造以提高能量密度为特征的二次电池而无需很大程度上修改现有的制造设施。

Claims (25)

1.一种电极组件，所述电极组件包括：
多个单元电池，所述多个单元电池沿一平面基准上的高度方向排列，所述单元电池中的至少两个单元电池具有不同的平面尺寸；和
空隙部分，所述空隙部分由所排列的单元电池之间的平面尺寸差来界定，其中
所述至少两个单元电池包括第一单元电池和第二单元电池，每个所述第一单元电池和所述第二单元电池包括至少一个电极板，由所述电极板突出的电极接头经由接头-引线联结部电性连接至电极引线，所述接头-引线联结部位于所述空隙部分，
其中所述空隙部分由所述第一单元电池和所述第二单元电池的未对准排列的端部来界定，所述端部在所述电极接头突出的方向上定位，以及
其中所述空隙部分位于所述第一单元电池的所述端部和所述第二单元电池的所述端部之间。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极接头包含正极接头和负极接头，具有相同极性的电极接头电性连接至一条电极引线。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其中具有相同极性的电极接头朝在一平面基准上的相同方向突出。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其中所述电极组件的所述空隙部分位于具有相对小的平面尺寸的单元电池的外部，并且在所述电极接头突出的方向上定位。
5.根据权利要求2所述的电极组件，其中正极接头和负极接头突出的方向在所述平面基准上彼此相同或不同。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其中在所述电极接头中的至少一些电极接头弯曲的状态下，所述接头-引线联结部位于所述空隙部分中。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极引线平行于所述电极板延伸。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述多个单元电池在以下至少一个方面彼此不同：单元电池的厚度、长度和宽度。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述多个单元电池中的每一个包括两个或更多个电极板和隔板，所述电极板和所述隔板交替地排列。
10.根据权利要求9所述的电极组件，其中
所述隔板具有大于所述电极板的尺寸，和
由于隔板多余部分延伸长于所述电极板，在所述电极接头不接触具有不同极性的所述电极板的端部的状态下，所述电极接头向所述接头-引线联结部弯曲。
11.根据权利要求10所述的电极组件，其中所述隔板多余部分连同所述电极接头向所述接头-引线联结部弯曲，使得所述电极接头中的至少一些电极接头经弯曲而与所述电极组件的外周边表面紧密接触。
12.根据权利要求9所述的电极组件，其中所述多个单元电池中的每一个经构造以使得位于所述多个单元电池中的每一个的相对表面的电极具有相同的极性，或使得位于多个单元电池中的每一个的相对表面的电极具有不同的极性。
13.根据权利要求1所述的电极组件，其中在所述接头-引线联结部与所述电极组件的外表面之间***绝缘膜的状态下，所述接头-引线联结部与所述电极组件的外表面紧密接触。
14.根据权利要求1所述的电极组件，其中使用固定构件将所述接头-引线联结部固定于期望的位置处。
15.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极接头具有相同的长度或不同的长度。
16.根据权利要求15所述的电极组件，其中所述电极接头具有不同的长度，并且所述电极接头的长度基于所述空隙部分与突出该电极接头的所述电极板之间距离的增加而相对地增加。
17.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件为堆叠型电极组件、层叠/堆叠型电极组件、或堆叠/折叠型电极组件。
18.一种包括根据权利要求1所述的电极组件的电池组单元，其中所述电极组件以密封状态与电解质溶液一起容纳于电池壳内。
19.根据权利要求18所述的电池组单元，其中电极引线的端部由所述电池壳朝外暴露，电极接头和接头-引线联结部位于所述电池壳中。
20.根据权利要求19所述的电池组单元，其中在所述电池壳内所述接头-引线联结部所定位的区域相对地突出。
21.根据权利要求18所述的电池组单元，其中所述电极组件的外表面的至少一部分成形为具有阶梯，并且所述电池壳具有对应于所述电极组件的所述外表面形状的阶梯。
22.一种电池组，包括根据权利要求18所述的电池组单元作为单元电池。
23.一种包括根据权利要求22所述的电池组作为电源的设备。
24.一种制造电极组件的方法，所述方法包含：
(a)将具有不同平面尺寸的至少两个单元电池沿一平面基准上的高度方向排列，以使得由所排列的单元电池之间的平面尺寸差来界定空隙部分；
(b)向所述空隙部分至少部分地弯曲电极接头；
(c)将所述电极接头电性连接至电极引线以形成接头-引线联结部；以及
(d)弯曲所述电极接头以使得所述接头-引线联结部位于所述空隙部分，
其中所述至少两个单元电池包括第一单元电池和第二单元电池，
其中所述空隙部分由所述第一单元电池和所述第二单元电池的未对准排列的端部来界定，所述端部在所述电极接头突出的方向上定位，以及
其中所述空隙部分位于所述第一单元电池的所述端部和所述第二单元电池的所述端部之间。
25.根据权利要求24所述的方法，进一步包含(b-1)切断所述电极接头，以使得所述电极接头的端部实质上彼此对准，步骤(b-1)在步骤(b)之后进行。
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