CN112119524A - 电极组件 - Google Patents

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CN112119524A CN202080002624.0A CN202080002624A CN112119524A CN 112119524 A CN112119524 A CN 112119524A CN 202080002624 A CN202080002624 A CN 202080002624A CN 112119524 A CN112119524 A CN 112119524A
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Abstract

本发明涉及一种电极组件，在该电极组件中，重复堆叠正极、隔膜和负极并且设置有使所述正极彼此连接的正极接头和使所述负极彼此连接的负极接头。该电极组件的特征在于包括：传热层，所述传热层由导热率比所述隔膜的导热率高的材料制成，并且所述传热层被堆叠在所述正极和所述隔膜之间或所述负极和所述隔膜之间，以将在相对高温度区域处产生的热分散到相对低温度区域。根据本发明，在相对高温度区域处产生的热可以被分散到相对低温度区域，由此减少电极组件中的温度变化。

Description

电极组件
技术领域
本申请要求于2019年4月22日提交的韩国专利申请No.10-2019-0046622的优先权权益，该韩国专利申请的全部内容特此以引用方式并入。
本发明涉及重复堆叠有负极、隔膜和正极的电极组件，并且更具体地，涉及附加地堆叠有散热的传热板以减少电极组件中的温度偏差的电极组件。
背景技术
在移动装置和电动车辆领域中，对高效二次电池的需求正在迅速增加。在这样的二次电池当中，具有高能量密度，维持相对高的电压并且具有低自放电速率的锂二次电池在商业上被广泛使用，并且正在积极地进行改善性能的研究和开发。
二次电池具有电极组件和电解液被内置在诸如罐或袋这样的壳体中的结构。电极组件具有重复堆叠正极、隔膜和负极的结构。通常，电极组件可以被分为卷绕型电极组件和堆叠型(堆叠)电极组件，在卷绕型电极组件中呈堆叠状态的正极、隔膜和负极被卷绕以被内置在壳体中，在堆叠型电极组件中堆叠有每一个都被切割成预定尺寸的正极、隔膜和负极。
由于卷绕型电极组件具有螺旋卷绕的结构，因此卷绕型电极组件适于被安装在柱形电池上，但是对于棱柱形或袋型电池，在空间利用方面是不利的。另一方面，由于在电极和隔膜被切割时调节了堆叠型电极组件的尺寸，因此容易获得与壳体配合的棱柱形状，但是制造工艺相对复杂，并且堆叠型电极组件相对容易受到外部冲击的影响。
图1b例示了堆叠型二次电池的内部截面图，如图1b中例示的，调节负极20、隔膜30和正极10的堆叠数量，以容易地增加容量。
此外，随着二次电池被充电和放电，在二次电池中产生热。热不仅对二次电池的寿命和性能产生不利影响，而且还引起着火或***。另外，近来，由于已经开发出安装在车辆、ESS(储能***)等上的大容量二次电池，因此二次电池的发热量增加。
图1a中例示了二次电池模块的分解图和组装状态，如图1a中例示的，在二次电池模块中，堆叠多个二次电池1，然后将多个二次电池1安装在框架60中。这里，两个电极接头通过汇流条80彼此电连接，并且用于抑制所安装的二次电池1中产生热的冷却板70被附接到一个侧表面。在冷却板70中，典型地应用引入和排放冷却水以进行热交换的方法或形成多个散热片的方法。
在如上所述配置的二次电池模块中，由于冷却板70仅被附接到一个侧表面，因此不可避免地在各个二次电池内的电极组件中出现热偏差。由于温度偏差对二次电池模块内的每个二次电池的性能和寿命产生不利影响，因此必须解决温度偏差。
发明内容
技术问题
因此，本发明的主要目的是提供一种使温度偏差最小化的、用于安装在二次电池模块中的二次电池的电池组件。
技术方案
根据用于实现以上目的的本发明，提供了一种电极组件，在所述电极组件中重复堆叠正极、隔膜和负极，并且设置使所述正极彼此连接的正极接头和使所述负极彼此连接的负极接头，所述电极组件包括：传热层，所述传热层由导热率比所述隔膜的导热率大的材料制成，并且所述传热层被堆叠在所述正极和所述隔膜之间或所述负极和所述隔膜之间，以将在相对高温度的点处产生的热分散到相对低温度的点。
所述传热层可以由包含石墨的材料制成。
所述传热层的面积小于所述隔膜的面积，并且所述传热层被堆叠为不从所述隔膜突出。这里，所述负极的面积等于或大于所述正极的面积，并且所述传热层的面积可以等于或大于所述负极的面积。
所述传热层可以设置有供离子穿过的多个穿孔，并且所述穿孔可以被设置成规律地布置在所述传热层中。
另外，所述传热层可以被堆叠在所述一个或更多个隔膜中的隔膜的两侧中的每一侧上使所述隔膜介于其间，并且所述传热层可以被堆叠为仅接触所述一个或更多个隔膜中的隔膜的一个侧表面。
此外，可以设置至少两个或更多个传热层，并且一个传热层的厚度可以大于另一个传热层的厚度。
另外，所述隔膜被设置成热传递材料被涂覆在所述隔膜的表面上的状态使得所述热传递材料形成所述电极组件中的所述传热层。另外，所述传热层可以被设置成具有能够被堆叠在所述正极和所述隔膜之间或所述负极和所述隔膜之间的尺寸的板的形式，并且当堆叠所述正极、所述隔膜和所述负极时，被附加地一起堆叠。
另外，所述正极接头和所述负极接头可以被设置成在彼此相反的方向上突出。
另外，本发明另外提供了一种二次电池，在所述二次电池中，具有以上技术特征的电极组件被内置在袋中。
有益效果
具有如上所述配置的本发明可以将在相对高温度的点处产生的热分散到相对低温度的点，以减少电极组件内的温度偏差。因此，由于消除了不利地影响充电和放电性能以及使用寿命的因素，因此可以提高产品的可靠性。
传热层可以设置有多个穿孔，离子穿过穿孔而没有干扰离子和电子转移，并且穿孔的布置可以根据电极组件的规格而变化。
由于传热层被堆叠使得传热层被堆叠在两侧中的每一侧上且隔膜介于其间或者传热层被堆叠成仅接触一个或更多个隔膜中的一个侧表面，因此可以在考虑电极组件的厚度增加和散热效果的情况下选择上述配置。
此外，由于任一个传热层的厚度大于另一传热层的厚度，因此可以进一步提高特定位置处的散热效果。
附图说明
图1a是二次电池模块的分解图和例示了二次电池模块的组装状态的立体图。
图1b是安装在图1a中的二次电池的立体图和沿着线F-F截取的截面图。
图2是例示了根据本发明的二次电池的内部配置的截面图。
图3是例示了根据本发明的第一实施方式的传热层被堆叠在隔膜的一个表面上的状态的平面图。
图4a是例示了根据本发明的第二实施方式的传热层的平面图。
图4b是例示了根据本发明的第三实施方式的传热层的平面图。
图4c是例示了根据本发明的第三实施方式的传热层的平面图。
图5是例示了根据本发明的第五实施方式的堆叠有传热层的二次电池的内部配置的截面图。
图6a是未设置传热层的二次电池的立体图，即，例示了表1中列出的点A至点E的立体图和沿着线G-G截取的截面图(低温以相对暗的颜色显示)。
图6b是根据本发明的另外堆叠有传热层的二次电池的立体图，即，例示了表1中列出的点A至点E的立体图和沿着线H-H截取的截面图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式，使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地执行本发明的技术构思。然而，本发明可以按照不同的形式来实施并且不应该被理解为限于本文中阐述的实施方式。
为了清楚地例示本发明，省略了与描述无关的部分，并且在整个说明书中，用相同的附图标记表示相同或相似的部件。
另外，本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应该被限制性解释为普通含义或基于字典的含义，而是应该基于发明人可以适当地定义术语概念从而以最佳方式描述和说明他或她的发明的原则，被解释为符合本发明范围的含义和概念。
本发明涉及电极组件，在该电极组件中重复堆叠有正极10、隔膜30和负极，并且使正极10彼此连接的正极接头11和使负极20彼此连接的负极接头21被设置成内置在袋40中。
本发明的目的是防止由于热而导致性能劣化。即，本发明的重点在于，在堆叠多个二次电池100的状态下，当通过位于一侧的冷却装置执行冷却时，改善散热性能并使热偏差最小化。
因此，如例示了根据本发明的二次电池的内部配置的图2中所例示的，根据本发明的电极组件包括传热层50，传热层50由导热率比隔膜30的导热率大的材料制成并且被堆叠在正极10和隔膜30之间或负极20和隔膜30之间，以将相对高温度的点处产生的热分散到相对低温度的点。在本发明中，传热层50包含诸如石墨这样的导热率高的材料，并且设置有供电子和离子穿过的多个穿孔51。
这里，传热层50的面积小于隔膜30的面积，使得传热层50不从电极组件突出。然而，考虑到负极20大于正极10的事实，传热层50的面积可以等于或大于负极20的面积，使得负极20和正极10的整个热交换面积被最大化，以防止当锂从正极10移出而移动到负极20时由于过充电而导致锂被提取。传热层50可以被堆叠在两个侧表面中的每一个上，且隔膜位于它们之间，或者传热层50被堆叠成仅接触一个或更多个隔膜中的隔膜30的一个侧表面。
另外，穿孔51可以被设置成在传热层50中形成恒定布置，即，可以根据二次电池的规格和特性以各种方式布置。
下文中，将参照附图来描述根据本发明的实施方式。
第一实施方式
参照图3，图3例示了根据本发明的第一实施方式的传热层50被堆叠在隔膜30的一个表面上的状态，该实施方式的特征在于，堆叠在隔膜30上的传热层50设置有穿孔51，穿孔51具有相同的尺寸，以恒定的间隔规律地布置。
即，在该实施方式中，在整个传热层50上以恒定的间隔设置穿孔51，使得在负极20和正极10之间移动的离子和电荷均匀地穿过它们。这可以是穿孔50的最基本布置结构，并且与随后将描述的布置结构一起应用。即，在电极组件中设置多个传热层50，但是根据第一实施方式的穿孔51的布置结构可以应用于大多数传热层。
第二实施方式
如图4a中例示的，图4a例示了根据本发明的第二实施方式的传热层50的平面图，根据该实施方式的传热层50可以具有在特定位置处尺寸增大的穿孔51。例如，当离子和电荷在特定位置处的通过率比传热更重要时，穿孔51的尺寸可以进一步增加，使得离子和电荷的通过率进一步增加。
第三实施方式和第四实施方式
如图4b和图4c中例示的，图4b和图4c例示了根据本发明的第三实施方式和第四实施方式的传热层的平面图，根据该实施方式的传热层50设置有在长度方向(图中的左右方向)和/或宽度方向(图中的上下方向)上延伸的穿孔51。如上所述，穿孔51长延地延伸的结构可以进一步简化随后将描述的传热层50的涂覆方法中的涂覆过程。
第五实施方式
如图5中例示的，图5例示了根据本发明的第五实施方式的堆叠有传热层50的二次电池的内部配置，至少两个或更多个传热层50被设置在电极组件中。这里，一个传热层50的厚度大于另一传热层50的厚度。
即，电极组件内的中间位置(而非外侧)会相对难以散热，因此温度会升高。这里，设置在中间层处以提高传热效率的传热层50的厚度可以大于设置在另一层处的传热层50的厚度。
具有上述配置的传热层50可以以被涂覆在隔膜30的表面上的状态或以单独的板的形式设置。
即，可以在隔膜30的表面上涂覆热传递材料，并且在热传递材料固化之后，可以将热传递材料与隔膜30一起堆叠在电极组件内，以形成传热层50。
另选地，传热层50可以在先前被制造成具有能够被堆叠在正极10和隔膜30之间或负极20和隔膜30之间的尺寸的板的形式。当堆叠正极10、隔膜30和负极10时，先前制造的传热层50被一起堆叠。
可以根据穿孔51的数量或穿孔51的布置状态来选择设置传热层50的方法。例如，可以应用以下方法：以涂覆方式形成设置在特定位置处的传热层50，并且以板的形式堆叠设置在另一位置处的传热层50。
根据本发明的电极组件被内置在袋40中，并且正极接头11和负极接头21在彼此相反的方向设置，并且各个接头的端部从袋40突出。
图6a是未设置传热层的二次电池的立体图，即，例示了表1中列出的点A至点E的立体图和沿着线G-G截取的截面图(低温以相对暗的颜色显示)，并且图6b是根据本发明的另外堆叠有传热层的二次电池的立体图，即，例示了表1中列出的点A至点E的立体图和沿着线H-H截取的截面图(在图6a和图6b中，尽管例示了一个二次电池，但当如图1a中例示地将二次电池安装为二次电池模块时，示出了在截面图中例示的温度分布)。下表1示出了在图6a和图6b中例示的五个点处没有堆叠传热层时和堆叠传热层时的温度差。
[表1]
Figure BDA0002759829330000061
**实验条件-电池容量：78Ah，电流负载：100A 10秒脉冲，充电的初始状态：50％，初始温度：25℃，冷却剂温度：22℃。
从表1的数据中看出，当在电极组件中设置传热层50时，可以确认在二次电池的整个区域中温度偏差减小。即，在未设置传热层50时，如果产生热，则在冷却板附近容易执行冷却，但是在相对远离冷却板的点处，散热有困难，从而导致温度相对高。另外，这里，没有实现散热而造成热偏差。然而，当根据本发明添加传热层50时，可以确认在相对高温度的点处产生的热被分散到相对低温度的点，因此，朝向外部的热暴露区域增加，以降低整体温度以及温度偏差。
因此，由于根据本发明的结构减小了温度偏差并提高了冷却效率，因此可以改善充电/放电性能和产品的可靠性。
传热层50可以设置有多个穿孔51，离子穿过穿孔51而没有干扰离子和电子转移，并且穿孔的布置可以根据电极组件的规格而变化。
由于传热层50被堆叠使得传热层50被堆叠在两侧中的每一侧上，且隔膜30介于其间，或者传热层50被堆叠成仅接触一个或更多个隔膜30中的一个侧表面，因此可以在考虑电极组件的厚度增加和散热效果的情况下选择上述配置。
此外，由于任一个传热层50的厚度大于另一传热层50的厚度，因此可以进一步提高特定位置处的散热效果。
虽然已经参照特定实施方式描述了本发明的实施方式，但是本领域的技术人员应该清楚，在不脱离随附权利要求书限定的本分明的精神和范围的情况下，可进行各种改变和修改。

Claims (13)

1.一种电极组件，在所述电极组件中重复堆叠有正极、隔膜和负极，并且设置有使所述正极彼此连接的正极接头和使所述负极彼此连接的负极接头，所述电极组件包括：
传热层，所述传热层由导热率比所述隔膜的导热率大的材料制成，并且所述传热层堆叠在所述正极和所述隔膜之间或所述负极和所述隔膜之间，以将在相对高温度的点处产生的热分散到相对低温度的点。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述传热层由包含石墨的材料制成。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述传热层的面积小于所述隔膜的面积，并且所述传热层被堆叠为不从所述隔膜突出。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其中，所述负极的面积等于或大于所述正极的面积，并且所述传热层的面积等于或大于所述负极的面积。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述传热层设置有供离子穿过的多个穿孔。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述穿孔被设置成在所述传热层中规律地布置。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述传热层被堆叠在两侧中的每一侧上，且所述一个或更多个隔膜中的隔膜介于其间。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述传热层被堆叠为仅接触所述一个或更多个隔膜中的隔膜的一个侧表面。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电极组件，其中，设置至少两个或更多个传热层，并且一个传热层的厚度大于另一个传热层的厚度。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的电极组件，其中，所述隔膜被设置成热传递材料被涂覆在所述隔膜的表面上的状态，使得所述热传递材料形成所述电极组件中的所述传热层。
11.根据权利要求1至8中任一项所述的电极组件，其中，所述传热层被设置成具有能够被堆叠在所述正极和所述隔膜之间或所述负极和所述隔膜之间的尺寸的板的形式，并且当堆叠所述正极、所述隔膜和所述负极时，所述传热层被附加地一起堆叠。
12.根据权利要求1至8中任一项所述的电极组件，其中，所述正极接头和所述负极接头被设置成在彼此相反的方向上突出。
13.一种二次电池，在所述二次电池中，根据权利要求1至8中任一项所述的电极组件被内置在袋中。
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