电极组件、包括该电极组件的电池单元及设备制造技术

本发明专利技术涉及电极组件、包括该电极组件的电池单元、电池组及设备，上述电极组件包括面积不同的两种以上的电极单元的组合，以在上述电极单元之间形成段差的方式进行层叠，其中，在面积不同的上述电极单元之间的边界面中以极性互不相同的电极相向的方式形成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电极组件、包括该电极组件的电池单元及设备
本专利技术涉及电极组件、包括该电极组件的电池单元(batterycells)及设备，更具体地，涉及电极组件及包括该电极组件的电池，上述电极组件包括面积不同的两种以上的电极单元的组合，以在上述电极单元之间形成段差的方式进行层叠，其中，在面积不同的上述电极单元之间的边界面中以极性互不相同的电极相向的方式形成。
技术介绍
随着对移动设备的技术开发和需求的增加，二次电池的需求也在急剧增加，其中，能量密度和工作电压高且保管和寿命特性优秀的锂二次电池不仅广泛使用于各种移动设备，而且作为多种电子产品的能源而广泛使用。通常，锂二次电池形成为在电池壳内部密封电极组件和电解质的结构，根据外形，大致分为圆筒型电池、方型电池、袋形电池等，并根据电解液的形态，也分为锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂聚合物电池等。实际情况是，随着最近对移动设备的小型化的倾向，对厚度较薄的方型电池、袋形电池的需求正在增加，尤其是，对容易使形态变形且重量较小的袋形电池的关心正在提高。另一方面，收纳于电池壳的电极组件可以根据其形态分为卷型(卷绕型)、堆叠型(层叠型)或堆叠和折叠型(复合型)的结构。通常，卷型电极组件是指如下的电极组件：在用作电流集电体的金属箔上涂敷电极活性物质，并进行加压之后，裁剪为具有所需的宽度和长度的带形态，然后利用隔膜隔开负极和正极，之后以卷绕为螺旋形的方式制造，而堆叠型电极组件是指以垂直地层叠负极、隔膜及正极的方式制造的电极组件。另一方面，堆叠和折叠型电极组件是指将由单电极或负极/隔膜/正极构成的电极层叠体利用长度较长的一个长片型隔膜进行卷绕或折叠而制造的电极组件。但是，由于到目前为止所公知的现有的电极组件通常以层叠大小相同的单元电池(unitcells)或个别电极的方式制造，因此，由于形状自由度降低而在设计方面受很多限制。因此，为了实现多种设计，提出了制造层叠具有互不相同的大小的电极或单元电池而具有段差的电池的方案。但到目前为止所提出的具有段差的电池以按所需的面积裁剪正极板及负极板来形成面积互不相同的单元电池并将其层叠的方法进行制造，而在这种情况下，虽然能够调节各层的面积，但由于各层的厚度限定于单元电池厚度的倍数，因此电池的厚度方向上的设计自由度并不广。并且，在上述现有技术的情况下，仅仅提出了在按所需的大小裁剪负极板和正极板来形成大小互不相同的单元电池之后将其层叠而能够变更设计的构想，完全没有提出能够制造具有能够实际使用的程度的电池特性的电池的具体方法。例如，在具有段差的电池的情况下，即使构成电池的大小不同的单元电池分别正常工作，也会根据构成各层的单元电池的结构而存在当层叠这些电池时无法工作、或者相对于相同体积的电池容量显著降低、或者随着反复进行充放电而在层与层之间的界面发生严重的膨胀导致产品寿命变得过短等问题，因此无法实际使用的情况较多。但在现有的具有段差的电池的情况下，完全没有考虑到这些问题。因此，需要开发能够在适用电池单元的设备中根据形状来实现更加多种设计并且还发挥大容量特性的电极组件及利用了该电极组件的电池。
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题本专利技术用于解决如上所述的问题，提供包括与以往相比设计自由度显著提高且具有优秀的电容量及耐久性特性这样的优点的电极组件及包括该电极组件的电池单元及设备。解决技术问题的手段根据本专利技术的一实例，本专利技术提供电极组件，包括面积不同的两种以上的电极单元的组合，以在上述电极单元之间形成段差的方式进行层叠，其中，在面积不同的上述电极单元之间的边界面中以极性互不相同的电极、即正极和负极相向的方式形成。优选地，本专利技术的电极组件在25℃下实施了500次充放电时的电容量为一次充放电之后的电容量的60％以上，电极组件整体的厚度变化率为15％以下，为此，能够调节成在具有互不相同的面积的电极单元之间的边界面中相向的正极和负极的平衡(balance)匹配。根据本专利技术的一实例，在面积不同的上述电极单元之间的边界面中，能够使面积相对较大的电极单元的负极和面积相对较小的电极单元的正极相向。在这样的实例中，由于在面积不同的电极单元之间的界面中，负极大于正极，因此，负极的一部分向界面露出。根据优选实例，优选地，本专利技术的电极组件中，包括面积不同的n+1个以上(此时，n为1以上的整数)的电极单元，当设具有第n个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量为Nn、设具有第n个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量为Pn、设具有第n+1个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量为Pn+1时，Nn相对于Pn的比率(即，Nn/Pn)不大于Nn相对于Pn+1的比率(即，Nn/Pn+1)。即，本专利技术的电极组件能够满足下述式1。式1：Nn/Pn≤Nn/Pn+1在上述式1中，n为1以上的整数，Nn为具有第n个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量，Pn为具有第n个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量，Pn+1为具有第n+1个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量。另一方面，优选地，在本专利技术的电极组件包括面积不同的n+2个以上的电极单元的情况下，当设具有第n个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量为Nn、设具有第n个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量为Pn、设具有第n+1个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量为Nn+1、设具有第n+1个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量为Pn+1、设具有第n+2个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量为Pn+2时，Nn相对于Pn+1的比率(即，Nn/Pn+1)不小于Nn相对于Pn的比率(即，Nn/Pn)且不大于Nn+1相对于Pn+1的比率(即，Nn+1/Pn+1)。并且，优选地，上述Nn+1相对于Pn+1的比率(即，Nn+1/Pn+1)不大于Nn+1相对于Pn+2的比率(即，Nn+1/Pn+2)。即，在本专利技术的电极组件包括面积不同的三种以上的电极单元的情况下，能够满足下述式2。式2：Nn/Pn≤Nn/Pn+1≤Nn+1/Pn+1≤Nn+1/Pn+2在上述式2中，n为1以上的整数，Nn为具有第n个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量，Nn+1为具有第n+1个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量，Pn为具有第n个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量，Pn+1为具有第n+1个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量，Pn+2为具有第n+2个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量。并且，优选地，在本专利技术的电极组件中，包括面积不同的三种以上的电极单元，在具有第n+2个大面积的电极单元介于具有第n个大面积的电极单元和具有第n+1个大面积的电极单元之间的情况下，上述Nn+1相对于Pn+2的比率(即，Nn+1/Pn+2)不小于Nn相对于Pn+2的比率(即，Nn/Pn+2)。即，本专利技术的电极组件能够满足下述式3。式3：Nn/Pn+2≤Nn+1/Pn+2在上述式3中，n为1以上的整数，Nn为具有第n个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量，Nn+1为具有第n+1个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量，Pn+1为具有第n+1个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极组件，包括面积不同的n+1个以上的电极单元的组合，以在所述电极单元之间形成段差的方式进行层叠，其中，在所述电极单元之间的边界面中以正极和负极相向的方式形成，当设具有第n个大面积的电极单元的负极的厚度为dNn、设具有第n个大面积的电极单元的正极的厚度为dPn、设具有第n+1个大面积的电极单元的正极的厚度为dPn+1时，dNn相对于dPn的比率dNn/dPn不大于dNn相对于dPn+1的比率dNn/dPn+1，在25℃下以下述充电条件(A)及放电条件(B)实施了500次充放电时的电容量为一次充放电之后的电容量的60％以上，电极组件整体的厚度变化率为15％以下，充电条件(A)为，以1C在恒定电流模式下充电至4.2V或4.35V之后，转换为恒定电压模式，使电流流失至充电电流的量成为电池的最小容量的1/20为止，之后结束充电，放电条件(B)为，若在恒定电流模式下流失1C的放电电流且电压到达3V，则结束放电。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.20 KR 10-2012-0041474;2012.11.07 KR 10-2011.一种电极组件，包括面积不同的n+1个以上的电极单元的组合，以在所述电极单元之间形成段差的方式进行层叠，其中，在所述电极单元之间的边界面中以正极和负极相向的方式形成，当设具有第n个大面积的电极单元的负极的厚度为dNn、设具有第n个大面积的电极单元的正极的厚度为dPn、设具有第n+1个大面积的电极单元的正极的厚度为dPn+1时，dNn相对于dPn的比率dNn/dPn不大于dNn相对于dPn+1的比率dNn/dPn+1，所述dNn/dPn及dNn/dPn+1为0.5至2，上述的两种以上的电极单元，包括：包括卷型单元电池和单电极的第一电极单元、以及包括卷型单元电池的第二电极单元，其中，所述第一电极单元的卷型单元电池以及所述第二电极单元的卷型单元电池之间配置所述单电极，并且在所述第一电极单元的单电极与所述第二电极单元的卷型单元电池之间形成段差，在25℃下以下述充电条件(A)及放电条件(B)实施了500次充放电时的电容量为一次充放电之后的电容量的60％以上，电极组件整体的厚度变化率为15％以下，充电条件(A)为，以1C在恒定电流模式下充电至4.2V或4.35V之后，转换为恒定电压模式，使电流流失至充电电流的量成为电池的最小容量的1/20为止，之后结束充电，放电条件(B)为，若在恒定电流模式下流失1C的放电电流且电压到达3V，则结束放电。2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在面积不同的所述电极单元之间的边界面中，以面积相对较大的电极单元的负极和面积相对较小的电极单元的正极相向的方式形成。3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，在面积不同的所述电极单元之间的边界面中，负极的每单位面积的可逆容量相对于所相向的正极的每单位面积的可逆容量的比率为1以上。4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，当设具有第n个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量为Nn、设具有第n+1个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量为Nn+1、设具有第n个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量为Pn、设具有第n+1个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量为Pn+1时，Nn相对于Pn的比率Nn/Pn不大于Nn相对于Pn+1的比率Nn/Pn+1。5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，包括面积不同的n+2个以上的电极单元，当设具有第n个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量为Nn、设具有第n个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量为Pn、设具有第n+1个大面积的电极单元的负极的每单位面积的可逆容量为Nn+1、设具有第n+1个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量为Pn+1、设具有第n+2个大面积的电极单元的正极的每单位面积的可逆容量为Pn+2时，Nn相对于Pn+1的比率Nn/Pn+1不小于Nn相对于Pn的比率Nn/Pn且不大于Nn+1相对于Pn+1的比率Nn+1/Pn+1，所述Nn+1相对于Pn+1的比率Nn+1/Pn+1不大于Nn+1相对于Pn+2的比率Nn+1/Pn+2。6.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述Nn/Pn、Nn/Pn+1、Nn+1/Pn+1及Nn+1/Pn+2为1以上。7.根据权利要求5所述的电极组件，其中，所述电极组件中，具有第n+2个大面积的电极单元介于具有第n个大面积的电极单元和具有第n+1个大面积的电极单元之间，所述Nn+1相对于Pn+2的比率Nn+1/Pn+2不小于Nn相对于Pn+2的比率Nn/Pn+2。8.根据权利要求1所述的电极组件，其中，包括面积不同的n+2个以上的电极单元，当设具有第n个大面积的电极单元的负极的厚度为dNn、设具有第n个大面积的电极单元的正极的厚度为dPn、设具有第n+1个大面积的电极单元的负极的厚度为dNn+1、设具有第n+1个大面积的电极单元的正极的厚度为dPn+1、设具有第n+2个大面积的电极单元的正极的厚度为dPn+2时，dNn...

【专利技术属性】
技术研发人员：权盛振，安谆昊，金东明，金基雄，金永焄，尹成汉，柳胜民，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR