電極組件、以及電池單元和包括其的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及電極組件、和電池單元、電池組和包括其的裝置，該電極組件包括具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元的組合，并且被以電極單元之間形成階梯的方式被層疊，并且被形成為使得在具有不同面積的電極單元之間的界面處不同極性的電極彼此面對(duì)。
【專利說明】電極組件、以及電池單元和包括其的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電極組件、電池單元和包括其的裝置，并且更具體地，涉及包括具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元的組合的電極組件，其中，該電極單元被堆疊為使得形成階梯，正電極和負(fù)電極在電極單元之間的界面處面對(duì)。
【背景技術(shù)】
[0002]近來，因?yàn)橐苿?dòng)裝置的技術(shù)發(fā)展和對(duì)其增大的需求，對(duì)于可充電電池(或二次電池)的需求已經(jīng)迅速增大，并且因此，具有高能量密度和高操作電壓以及良好的充電和使用期限特性的二次鋰電池已經(jīng)被廣泛用作各種電子產(chǎn)品以及各種移動(dòng)裝置的能源。
[0003]通常，二次鋰電池具有其中電極組件和電解液被密封在電池外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)，并且可以根據(jù)外觀被分類為圓柱電池、棱柱電池或袋型電池等，并且可以根據(jù)其中使用的電解液的類型而被分類為鋰離子電池、鋰離子聚合物電池或鋰聚合物電池等。因?yàn)榻鼇淼臏p小移動(dòng)裝置的大小的趨勢(shì)，對(duì)于薄棱柱電池和袋型電池的需求已經(jīng)在上升，并且具體地說，對(duì)于容易變形的、輕型袋型電池的興趣已經(jīng)增加。
[0004]在電池外殼中容納的電極組件可以根據(jù)電極組件的形狀被劃分為果凍卷型(jelly-roll type)電極組件(或潤(rùn)卷型電極組件)、堆疊型電極組件、堆疊與折疊型電極組件(或復(fù)合型電極組件)。通常，果凍卷型電極組件指的是通過下述方式制作的電極組件:在被用作集流器的金屬箔上涂敷電極活性材料，將其壓制，將其切割為具有期望寬度和長(zhǎng)度的帶形，通過使用分離膜來劃分負(fù)電極和正電極，并且以螺旋方式來纏繞它。堆疊型電極組件指的是通過下述方式制作的電極組件:垂直地堆疊負(fù)電極、隔膜和正電極。堆疊與折疊型電極組件指的是通過下述方式制作的電極組件:通過拉長(zhǎng)片形分離膜卷起或折疊具有一個(gè)或更多個(gè)電極或由負(fù)電極/隔膜/正電極構(gòu)成的電極層壓物的隔膜的連續(xù)單層。
[0005]然而，通常以堆疊具有相同大小的單元電池或獨(dú)立電極的方式來制作迄今已知的現(xiàn)有技術(shù)的電極組件，這使得在形狀上的自由度變差，導(dǎo)致大量設(shè)計(jì)限制。
[0006]因此，為了實(shí)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)，已經(jīng)提出了通過堆疊具有不同大小的電極或單元電池而制造具有階梯部分的電池的方法。然而，通過下述方法來制造迄今已經(jīng)提出的具有階梯部分的電池:其中，正電極板和負(fù)電極板被切割為具有期望的面積，以允許單元電池具有不同的面積，并且堆疊所切割的正電極板和所切割的負(fù)電極板。此時(shí)，因?yàn)樵诿恳粋€(gè)階梯部分中的面積可控，但是階梯部分的厚度限于每一個(gè)階梯部分的厚度的倍數(shù)，所以在設(shè)計(jì)電池的厚度方向上的設(shè)計(jì)自由度受限。
[0007]而且，上述的現(xiàn)有技術(shù)僅提出了可以通過切割負(fù)電極板和正電極板以具有期望大小，來形成具有不同大小的單元電池，并且堆疊所切割的負(fù)電極板和所切割的正電極板來改變?cè)O(shè)計(jì)的思想，并且未提出可以允許制造具有實(shí)際上可用的電池特性的電池的具體方法。例如，在具有階梯部分的電池的情況下，雖然構(gòu)成電池并且具有不同大小的每一個(gè)單元電池?zé)o錯(cuò)誤地操作，但是因?yàn)橄率鰡栴}，通常不能實(shí)際上使用該電池:不可能根據(jù)當(dāng)堆疊電池時(shí)構(gòu)成每一個(gè)階梯部分的單元電池的配置來操作這些電池，電池容量與具有相同體積的其他電池作比較顯著地低，或者在階梯部分之間的界面處出現(xiàn)嚴(yán)重的腫脹，因此，嚴(yán)重地縮短產(chǎn)品使用期限。然而，未考慮到上述問題而配置了這些現(xiàn)有的具有階梯部分的電池。
[0008]因此，需要一種電極組件，該電極組件能夠在根據(jù)電池單元被應(yīng)用到的裝置的形狀而實(shí)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)的同時(shí)顯示大容量特性，并且需要開發(fā)使用該電極組件的電池。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]【技術(shù)問題】
[0010]本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種能夠在其中實(shí)現(xiàn)各種設(shè)計(jì)的電極組件、電池以及包括其的裝置，所述電極組件包括幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，諸如更薄并且具有良好的電容量特性。
[0011]【技術(shù)解決方案】
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電極組件，該電極組件包括具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元的組合，其中，電極單元被堆疊為使得形成階梯，并且，電極單元被形成為使得具有不同極性的電極，即，正電極和負(fù)電極在具有不同面積的電極單元之間的界面處彼此面對(duì)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在25°C下經(jīng)受500次充電和放電循環(huán)的電極組件可以具有在單次充電和放電循環(huán)后的電容量水平的60%以上的電容量水平，并且，電極組件的總厚度變化比率可以不大于15%。為此，在具有不同面積的電極單元之間的界面處彼此面對(duì)的正電極和負(fù)電極可以被配置得彼此平衡。
[0014]在一個(gè)實(shí)施例中，在具有不同面積的電極單元之間的界面處，具有相對(duì)大面積的電極單元的負(fù)電極和具有相對(duì)小面積的電極單元的正電極可以彼此面對(duì)。因此，在所示的實(shí)施例中，注意，因?yàn)樵诰哂胁煌娣e的電極單元之間的界面處的負(fù)電極大于相鄰的正電極，所以負(fù)電極的一部分將在界面處暴露。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以被配置為滿足等式1:
[0016]等式1:Nn/Pn< Nn/Pn+1，
[0017]其中，η是不小于I的整數(shù)，Nn是面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Pn是面積上第η大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量，并且Ρη+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量。
[0018]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元時(shí)，電極組件可以被配置為滿足等式2:
[0019]等式2:Nn/Pn ( Nn/Pn+1 ( Nn+1/Pn+1 ( Nn+1/Pn+2,
[0020]其中，n是不小于I的整數(shù)，Nn是面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Νη+1是面積上第η+1大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Pn是面積上第η大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量，Ρη+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量，并且Ρη+2是面積上第η+2大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量。
[0021]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元，并且在面積上第η大的電極單元和面積上第η+1大的電極單元之間設(shè)置面積上第η+2大的電極單元時(shí)，電極組件可以被配置為滿足等式3:
[0022]等式3:Νη/Ρη+2 ≤ Νη+1/Ρη+2[0023]其中，η是不小于I的整數(shù)，Nn是面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Νη+1是面積上第η+1大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Ρη+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量，并且Ρη+2是面積上第η+2大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以被配置為滿足等式4:
[0025]等式4:dNn/dPn ( dNn/dPn+1
[0026]其中，n是不小于I的整數(shù)，dNn是面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的厚度，dPn是面積上第η大的電極單元的正電極的厚度，并且dPn+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的厚度。
[0027]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元時(shí)，電極組件可以被配置為滿足等式5:
[0028]等式5:dNn/dPn ( dNn/dPn+1 ( dNn+1/dPn+1 ( dNn+1/dPn+2
[0029]其中，n是不小于I的整數(shù)，dNn是面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的厚度，dNn+1是面積上第η+1大的電極單元的負(fù)電極的厚度，dPn是面積上第η大的電極單元的正電極的厚度，dPn+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的厚度，并且dPn+2是面積上第η+2大的電極單元的正電極的厚度。
[0030]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元，并且在面積上第η大的電極單元和面積上第η+1大的電極單元之間設(shè)置面積上第η+2大的電極單元時(shí)，電極組件可以被配置為滿足等式6:
[0031 ]等式 6: dNn/dPn+2 ( dNn+1 /dPn+2,
[0032]其中，n是不小于I的整數(shù)，dNn是面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的厚度，dNn+1是面積上第η+1大的電極單元的負(fù)電極的厚度，dPn+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的厚度，并且dPn+2是面積上第η+2大的電極單元的正電極的厚度。
[0033]在包括在具有不同面積的電極單元之間的界面處彼此面對(duì)的正電極和負(fù)電極的、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，負(fù)電極的厚度與正電極的厚度的比率可以在大約0.5至大約2的范圍中，例如，在大約0.6至大約1.9、大約0.8至大約1.5或大約1.0至大約
1.5的范圍內(nèi)，并且更具體地，可以是大約1.0、大約1.1、大約1.2、大約1.3或大約1.4。
[0034]在包括在具有不同面積的電極單元之間的界面處彼此面對(duì)的正電極和負(fù)電極的、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，負(fù)電極的每單位面積的可逆容量與正電極的每單位面積的可逆容量的比率可以不小于大約1，例如，可以在大約I至大約2、大約I至大約1.5、大約I至大約1.2、大約I至大約1.1、大約1.5至大約2、大約I至大約1.09、大約1.02至大約1.2、大約1.02至大約1.09或大約1.05至大約1.09的范圍內(nèi)，并且更具體地，可以是大約1.05、大約1.06、大約1.07、大約1.08或大約1.09。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元的組合，并且在該情況下，在電極單元之間的界面中的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量與正電極的每單位面積的可逆容量的比率可以彼此相同，或者隨著在電極單元之間的接觸面積減小而增大。
[0036]同時(shí)，在本發(fā)明的實(shí)施例中，電極單元可以包括:一個(gè)或更多個(gè)單電極；一個(gè)或更多個(gè)單元電池，包括至少一個(gè)正電極、至少一個(gè)負(fù)電極和至少一個(gè)隔膜；或者，其任何組合。在該情況下，單元電池可以選自由果凍卷型單元電池、堆疊型單元電池、層壓與堆疊型單元電池與堆疊與折疊型單元電池構(gòu)成的組。在單元電池中，在兩個(gè)最外表面上設(shè)置的兩個(gè)電極的極性可以相同或不同。
[0037]而且，優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以具有下述結(jié)構(gòu):其中，可以使用長(zhǎng)片型分離膜來纏繞構(gòu)成電極單元的電極和單元電池的一些或全部。
[0038]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極單元可以具有各種截面形狀。例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極單元的截面可以具有四邊形形狀、至少一個(gè)角具有彎曲形狀的類四邊形形狀、梯形或在至少一個(gè)或更多個(gè)邊處具有彎曲形狀的形狀。
[0039]而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以包括具有不同截面形狀的電極單元的組合，或者可以包括具有相同截面形狀的電極單元的組合。
[0040]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極單元可以包括一個(gè)或更多個(gè)電極片，并且在該情況下，可以連接具有相同極性的電極片。在該情況下，電極片可以具有相同大小，或者可以根據(jù)電極單元的面積而具有不同的大小。 [0041]同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，可以以各種布置來堆疊具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元?？梢圆惶貏e限制用于堆疊電極單元的方法。例如，電極單元可以被堆疊為具有電極單元的面積向上減小的布置，或者相反，電極單元可以被堆疊為具有電極單元的面積向上增大的布置。替代地，電極單元可以被堆疊為使得具有最大面積的電極單元被布置在電極組件的中層中。
[0042]而且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，電極單元可以被堆疊以具有在平面方向上的相應(yīng)的電極單元的中點(diǎn)一致的布置，可以被堆疊以具有在平面方向上的相應(yīng)的電極單元的中點(diǎn)以特定間隔隔開的布置，或者可以被堆疊以具有相應(yīng)的電極單元的一個(gè)角一致的布置。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種電池單元，其中，在電池外殼中安裝了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的上述電極組件。在此，電池外殼可以是袋型外殼，但是本發(fā)明不限于此。而且，可以將形成外殼形成為具有與電極組件的形狀對(duì)應(yīng)的形狀。而且，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池單元可以是鋰離子二次電池或鋰離子聚合物二次電池。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種包括一個(gè)或更多個(gè)該電池單元的裝置。該裝置的系統(tǒng)部件可以位于電池單元內(nèi)的剩余空間中。裝置可以是便攜電話、便攜計(jì)算機(jī)、智能電話、智能板、上網(wǎng)本、輕型電動(dòng)車輛(LEV)、電動(dòng)車輛、混和電動(dòng)車輛、插電式混和電動(dòng)車輛或能量存儲(chǔ)裝置。
[0045]根據(jù)本發(fā)明，該裝置的系統(tǒng)部分可以位于電池單元的額外空間中。
[0046]【有益效果】
[0047]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，電極組件可以通過使用兩種或更多種的電極單元的組合而具有比現(xiàn)有的電極組件更多樣的設(shè)計(jì)，并且具有市售的電容量和耐久特性。
[0048]而且，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以實(shí)現(xiàn)在具有不同面積的電極單元之間的界面處的正電極和負(fù)電極之間的平衡，以在保持容量和耐久性特性的同時(shí)，相對(duì)自由地控制構(gòu)成每個(gè)階梯部分的電極單元的厚度以及面積，所以設(shè)計(jì)自由度很優(yōu)越。結(jié)果，因?yàn)楫?dāng)安裝裝置時(shí)的設(shè)計(jì)因素導(dǎo)致產(chǎn)生的死空間可以被最小化以實(shí)現(xiàn)優(yōu)越的空間利用?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0049]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的電極組件的側(cè)視圖；
[0050]圖2是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的電極組件的側(cè)視圖；
[0051]圖3是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的電極組件的側(cè)視圖；
[0052]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的電極組件的側(cè)視圖；
[0053]圖5是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的電極組件的側(cè)視圖；
[0054]圖6是根據(jù)本發(fā)明的第六實(shí)施例的電極組件的部署視圖；
[0055]圖7是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極片的配置的視圖；
[0056]圖8是圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的堆疊電極單元的示例的視圖；
[0057]圖9是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池單元的透視圖；
[0058]圖10是根據(jù)本發(fā)明的另實(shí)施例的電池單元的透視圖；
[0059]圖11是示出在示例I和2與比較示例I和2的電極組件的500次充電和放電循環(huán)后的電容量和厚度變化的圖形。
[0060]圖12是示出隨著在電極單元之間的界面處的負(fù)電極與正電極的可逆容量比率的能量密度變化的圖形。
[0061]圖13是示出隨著在電極單元之間的界面處的負(fù)電極/正電極的厚度比率的能量密度變化的圖形。
[0062]圖14至16是圖示層壓與堆疊型單元電池的實(shí)現(xiàn)示例的示意圖。
[0063]〈附圖標(biāo)記的說明>
[0064]10，20，30:電極片
[0065]40,40’:正電極
[0066]50,50’:負(fù)電極
[0067]60，60’:隔膜
[0068]70:片材型隔月旲
[0069]100:電極組件
[0070]110，120，130，201，220，310，320，330，410，420，510，520，530:電極單元
[0071]710,810,810’:電極單元主體
[0072]820,820’:電極結(jié)構(gòu)主體
[0073]900:電池單元
[0074]910:電池外殼
[0075]92O, 93O:電極引線
【具體實(shí)施方式】
[0076]以下，將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。然而，下面的附圖是說明性附圖，提供其來幫助理解僅作為本發(fā)明的實(shí)施例的本發(fā)明，并且本發(fā)明的范圍不限于此?？赡芊糯蟆⒖s小或省略一些部件以容易理解本發(fā)明。
[0077]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種電極組件包括具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元的組合，其中，電極單元被堆疊為使得形成階梯，并且具有不同極性的電極，即。正電極和負(fù)電極，被形成為在具有不同面積的電極單元之間的界面處面對(duì)。[0078]在此，‘面積’指的是在與堆疊電極單元的方向垂直的方向上的電極單元的表面面積。
[0079]而且，‘電極單元’指的是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的構(gòu)成具有階梯的電極組件的一層的基本單元，并且，電極單元的每一個(gè)可以包括:諸如負(fù)電極或正電極的電極；包括至少一個(gè)正電極、至少一個(gè)負(fù)電極和至少一個(gè)隔膜的一個(gè)或更多個(gè)單元電池；或者，其組合。
[0080]同時(shí)，術(shù)語“單元電池”是包括所有電極層壓物的概念，該電極層壓物包括至少一個(gè)負(fù)電極、至少一個(gè)正電極和至少一個(gè)隔膜，并且，不特別限制用于在單元電池中堆疊負(fù)電極、正電極和隔膜的方法。例如，在本發(fā)明的實(shí)施例中，術(shù)語‘單元電池’可以被理解為涵蓋包括全部下述電極層壓物的概念:根據(jù)通過使用隔膜來劃分片材型負(fù)電極和片材型正電極，并且以螺旋的方式纏繞的果凍卷方案制作的電極層壓物；根據(jù)依序堆疊一個(gè)或更多個(gè)負(fù)電極、一個(gè)或更多個(gè)隔膜和一個(gè)或更多個(gè)正電極的堆疊方案制作的電極層壓物；或者，根據(jù)在拉長(zhǎng)片材型分離膜上設(shè)置電極和/或通過堆疊一個(gè)或更多個(gè)正電極、隔膜和負(fù)電極而形成的電極層壓物，并且將其折疊的堆疊與折疊方案制作的電極層壓物。
[0081 ] 同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在如正電極/隔膜/負(fù)電極/隔膜/正電極、負(fù)電極/隔膜/正電極/隔膜/負(fù)電極的單元電池中，在單元電池的兩個(gè)最外表面上設(shè)置的電極可以具有相同的極性，或者，在如正電極/隔膜/負(fù)電極或正電極/隔膜/負(fù)電極/隔膜/正電極/隔膜/負(fù)電極的單元電池中，在單元電池的兩個(gè)最外表面上設(shè)置的電極可以具有相反的極性。
[0082]同時(shí)，在本發(fā)明中，應(yīng)當(dāng)明白，以堆疊方式制造的電極層壓物是包括下述電極層壓物的概念:通過層壓至少一個(gè)正電極、至少一個(gè)負(fù)電極和至少一個(gè)隔膜以形成電極單元主體，并且然后堆疊這些電極單元主體的方法(以下稱為“層壓與堆疊方法”)制造的電極層壓物；以及通過依序堆疊正電極、隔膜和負(fù)電極的典型方法制造的電極層壓物。
[0083]同時(shí)，在通過層壓與堆疊方法來制造電極層壓物的情況下，如果電極單元主體包括至少一個(gè)正電極、至少一個(gè)負(fù)電極和至少一個(gè)隔膜，則可以使用該電極單元主體，并且，不特別限制電極單元主體的配置。
[0084]然而，從處理簡(jiǎn)單性和經(jīng)濟(jì)可行性的視點(diǎn)兩者看，當(dāng)通過層壓與堆疊方法來制造電極層壓物時(shí)，期望電極單元主體被配置為包括由第一電極/隔膜/第二電極/隔膜，或隔膜/第一電極/隔膜/第二電極構(gòu)成的基本結(jié)構(gòu)。在這一點(diǎn)上，第一電極和第二電極可以分別是具有相反極性的正電極和負(fù)電極，并且，電極單元主體可以包括一個(gè)或兩個(gè)或更多個(gè)基本結(jié)構(gòu)。
[0085]同時(shí)，通過層壓與堆疊方法制造的電極層壓物可以僅由包括上述基本結(jié)構(gòu)的電極單元主體構(gòu)成，或者可以包括具有該基本結(jié)構(gòu)的電極單元主體和具有不同結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)主體的組合。
[0086]圖14至16圖示通過層壓與堆疊方法制造的電極層壓物的各個(gè)示例。
[0087]在圖14中，圖示了層壓與堆疊型電極層壓物，其由電極單元主體710構(gòu)成，電極單元主體710具有隔膜60/負(fù)電極50/隔膜60/正電極40的基本結(jié)構(gòu)。雖然圖14圖示隔膜/負(fù)電極/隔膜/正電極的基本結(jié)構(gòu)，但是可以彼此交換正電極和負(fù)電極的位置，因此提供了隔膜/正電極/隔膜/負(fù)電極的基本結(jié)構(gòu)。同時(shí)，如圖14中所示，在電極單元主體具有隔膜/負(fù)電極/隔膜/正電極的基本結(jié)構(gòu)的情況下，因?yàn)榭梢栽诙询B的電極主體的最外側(cè)處在沒有隔膜的情況下暴露正電極，所以在考慮到容量的電極設(shè)計(jì)方面，可能期望使用涂敷一個(gè)表面的正電極作為正電極，其中，未在最外側(cè)的暴露表面上涂敷活性材料。同時(shí)，雖然圖14圖示電極單元主體僅具有一個(gè)基本結(jié)構(gòu)，但是本發(fā)明不限于此，并且可以將重復(fù)地堆疊至少兩個(gè)基本結(jié)構(gòu)的配置用作一個(gè)電極單元主體。
[0088]在圖15中，圖示電極層壓物，其中，堆疊具有隔膜60/負(fù)電極50/隔膜60/正電極40的基本結(jié)構(gòu)的電極單元主體810和具有隔膜60/負(fù)電極50/隔膜60的結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)主體820。當(dāng)如圖15中所示堆疊具有隔膜60/負(fù)電極50/隔膜60的結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)主體時(shí)，可以防止正電極40暴露到外側(cè)，并且，可以增大電容量。類似于此，在電極單元主體的最外側(cè)處設(shè)置負(fù)電極的配置的情況下，可以在其上堆疊由隔膜/正電極/隔膜構(gòu)成的電極結(jié)構(gòu)主體，使得可以最大地使用負(fù)電極的容量。
[0089]在圖16中，圖示電極層壓物，其中，堆疊具有負(fù)電極50/隔膜60/正電極40/隔膜60的基本結(jié)構(gòu)的電極單元主體810’和具有負(fù)電極50/隔膜60/正電極40/隔膜60/負(fù)電極50的結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)主體820’。當(dāng)如圖16中所示在電極層壓物的最外表面上堆疊具有負(fù)電極50/隔膜60/正電極40/隔膜60/負(fù)電極50的結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)主體820’時(shí)，可以防止正電極被暴露到外側(cè)，并且可以增大電容量。
[0090]如圖15和16中所示，通過層壓與堆疊方法制造的電極層壓物可以與具有上述基本結(jié)構(gòu)的電極單元主體一起，使用單電極、隔膜或具有來自上述電極單元主體的不同布置和配置的單元電池的組合。具體地說，當(dāng)堆疊具有基本結(jié)構(gòu)的電極單元主體時(shí)，在防止正電極暴露到外側(cè)的方面和/或在增強(qiáng)電池容量的方面，可以在電極層壓物的一個(gè)最外表面和/或兩個(gè)最外表面上設(shè)置單電極、涂敷一個(gè)表面的電極、隔膜或具有來自上述單元主體的不同布置和配置的單元電池。雖然圖15和16圖示在電極層壓物的上側(cè)布置具有不同結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)主體，但是本發(fā)明不限于此，并且如果必要，則可以在電極層壓物的下側(cè)布置具有不同結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)主體，或者，可以在電極層壓物的上側(cè)和下側(cè)兩者中布置具有不同結(jié)構(gòu)的電極結(jié)構(gòu)主體。
[0091]同時(shí)，在本發(fā)明的實(shí)施例中，術(shù)語“堆疊與折疊”通常指的是通過在拉長(zhǎng)片材型分離膜上設(shè)置電極和/或通過堆疊一個(gè)或更多個(gè)正電極、隔膜和負(fù)電極形成的電極層壓物并且折疊它們的方法。在此，不特別限制折疊方法，并且，應(yīng)當(dāng)明白折疊方法具有覆蓋在本領(lǐng)域中公知的任何折疊方法的概念，例如:以Z字形來折疊片材形分離膜的方法(稱為Z折疊形或折疊屏幕型)；設(shè)置通過在片材型分離膜的一個(gè)表面上堆疊一個(gè)或更多個(gè)負(fù)電極和正電極并且在其間插入隔膜而形成的電極層壓物并且纏繞和卷起它們的方法；或者，在片材型分離膜的兩個(gè)表面上交替地設(shè)置電極并且纏繞和卷起片材型分離膜的方法。在本公開中，為了說明方便，根據(jù)果凍卷方法制作的單元電池被稱為果凍卷型單元電池，根據(jù)堆疊方法制作的單元電池被稱為堆疊型單元電池，并且根據(jù)堆疊與折疊方法制作的單元電池被稱為‘堆疊與折疊型單元電池’。
[0092]在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，堆疊具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元，使得形成階梯，因此與現(xiàn)有技術(shù)作比較實(shí)現(xiàn)具有各種形狀的電池。在本發(fā)明的實(shí)施例中，在電極單元的面積上的差別可以大得當(dāng)堆疊電極單元時(shí)形成階梯，并且可以考慮到電池的期望設(shè)計(jì)等而被自由地調(diào)整，而不被特別限制。例如，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)現(xiàn)示例中，當(dāng)比較在電極組件中包括的兩個(gè)電極單元時(shí)，如果具有相對(duì)大面積的電極單元是大約100%，則具有相對(duì)小面積的電極單元可以具有在大約20%至大約95%的范圍內(nèi)，優(yōu)選地在大約30%至大約90%的范圍內(nèi)的面積。
[0093]同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，相應(yīng)的電極單元的厚度可以相同或不同，并且不被特別限制。例如，在本發(fā)明的實(shí)施例中，具有相對(duì)大面積的電極單元可以具有小于具有相對(duì)小面積的電極單元的厚度的厚度，或者可以具有更大的厚度。
[0094]同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，因?yàn)榫哂胁煌瑯O性的電極被設(shè)置為在具有不同面積的電極單元之間的界面處彼此面對(duì)，所以可以甚至在電極單元之間的界面處存儲(chǔ)電力，并且結(jié)果，增大了電容量。在該情況下，‘面對(duì)’指的是設(shè)置在面對(duì)方向上，并且在該情況下，不要求兩個(gè)面對(duì)的電極接觸，并且‘面對(duì)’具有包括下述情況的概念:其中，可以在兩個(gè)電極之間插入諸如隔膜和/或片材型分離膜的兩個(gè)部件。
[0095]同時(shí)，優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以被形成使得具有較大面積的電極單元的負(fù)電極和具有較小面積的電極的正電極在具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元之間的界面處面對(duì)。這是因?yàn)椋绻诰哂胁煌娣e的電極單元之間的界面上設(shè)置具有較大面積的電極單元的正電極，則可能從具有較大面積的電極單元的正電極沉淀鋰，以縮短電池的使用期限或使得電池的穩(wěn)定性變差。
[0096]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種電極組件包括具有不同面積的電極單元，并且可以通過將相應(yīng)的電極單元配置得彼此不同而以各種方式來實(shí)現(xiàn)。然而，應(yīng)當(dāng)注意，難以僅通過制造具有彼此不同的面積的電極單元并且堆疊所制造的電極單元來制造具有市售容量和耐久性特性的電極組件，并且在厚度方向上設(shè)計(jì)自由度很有限，因?yàn)殡姌O單元的厚度限于單元電池或單元電極的厚度的倍數(shù)。因此，本發(fā)明人已經(jīng)對(duì)制造具有市售功率效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，同時(shí)具有在厚度方向上具有良好的設(shè)計(jì)自由度的電極組件進(jìn)行了研究，并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以通過控制在具有不同面積的電極單元之間的界面處的平衡來生產(chǎn)在容量、耐久性和在厚度方向上的設(shè)計(jì)自由度上良好的電極組件。
[0097]此時(shí)，控制在具有不同面積的電極單元之間的界面處的平衡指的是在電極單元之間的界面處彼此面對(duì)的正電極和負(fù)電極被設(shè)計(jì)為使得穩(wěn)定地保持功率效率和電池穩(wěn)定性，并且可以例如通過控制在界面處的正電極和負(fù)電極的容量或厚度等來實(shí)現(xiàn)。更具體地，期望設(shè)計(jì)在電極單元之間的界面處彼此面對(duì)的正電極和負(fù)電極，使得已經(jīng)在25°C下經(jīng)受500次充電和放電循環(huán)的本發(fā)明的電極組件相對(duì)于在單次充電和放電循環(huán)后的電容量具有不小于60%的電容量，并且電極組件的總厚度變化比率不大于15%。
[0098]在這一點(diǎn)上，電容量(electrical capacity)指的是在下面的充電條件(A)和充電條件(B)下測(cè)量的電容量。同時(shí)在充電和放電循環(huán)之間提供10分鐘的暫停。
[0099]充電條件(A):在電池在IC的恒流模式中被充電到4.25V或4.35V后，恒流模式被轉(zhuǎn)換為恒壓模式，并且在電流流動(dòng)直到充電電流量變?yōu)殡姵氐淖钚∪萘康?/20后完成充電。
[0100]放電條件(B):1C的放電電流在恒流模式中流動(dòng)，并且，當(dāng)電壓達(dá)到3V時(shí)完成放電。
[0101]同時(shí)，電極組件的厚度變化比率指的是(在500次充電和放電循環(huán)后的電極組件的總厚度/在單次充電和放電循環(huán)后的電極組件的總厚度)X100。
[0102]同時(shí)，在研究后，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以通過下述設(shè)計(jì)來在具有不同面積的電極單元之間的界面處平衡該電極單元:其中，在具有不同面積的電極單元之間的界面處彼此面對(duì)的負(fù)電極和正電極的每單位面積的可逆容量滿足特定條件。
[0103]更具體地，當(dāng)面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量是Nn，面積上第η+1大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量是Νη+1，面積上第η大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量是Pn，并且面積上第η+1大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量是Ρη+1時(shí)，可以形成本發(fā)明的電極組件，使得該電極組件被配置為滿足下面的等式I。
[0104]等式1:Νη/Ρη< Νη/Ρη+1，
[0105]其中，η是不小于I的整數(shù)。
[0106]在這一點(diǎn)上，負(fù)電極的每單位面積的可逆容量指的是被定義為每單位面積的負(fù)電極的充電容量[mAh/cm2] X負(fù)電極的效率[%]的值，每單位面積的負(fù)電極的充電容量指的是被定義為負(fù)電極活性材料的加載量[g/cm2]X負(fù)電極的每單位重量的充電容量[mAh/g]的值，并且，負(fù)電極的效率指的是被定義為(負(fù)電極的放電容量與負(fù)電極的充電容量的比率)X 100的值。而且，正電極的每單位面積的可逆容量指的是被定義為正電極活性材料的加載量[g/cm2]X正電極的每單位重量的充電容量[mAh/g]-負(fù)電極的每單位面積的可逆容量[mAh]的值。
[0107]同時(shí)，負(fù)電極活定材料的加載量指的是在負(fù)電極集流器上涂敷的負(fù)電極活性材料的每單位面積的重量，并且正電極活性材料的加載量指的是在正電極集流器上涂敷的正電極活性材料的每單位面積的重量。而且，可以通過下面的方法來測(cè)量正電極和負(fù)電極的充電容量、放電容量與每單位重量的可逆容量。
[0108]I)正電極的每單位重量的充電容量
[0109]在作為半電池形成用于評(píng)估的正電極后，由鋰金屬形成對(duì)置電極，在0.1C的恒流下將該半電池充電，并且，當(dāng)操作電極電勢(shì)達(dá)到4.25V時(shí)測(cè)量電容量。然后，將測(cè)量的電容量除以正半電池的活性材料的重量，以獲得正電極的每單位重量的充電容量。
[0110]2)負(fù)電極的每單位重量的充電容量
[0111]在作為半電池形成用于評(píng)估的負(fù)電極后，由鋰金屬形成對(duì)置電極，在0.1C的恒流下將該半電池充電，并且，當(dāng)操作電極電勢(shì)達(dá)到1.6V時(shí)測(cè)量電容量。然后，將測(cè)量的電容量除以負(fù)半電池的活性材料的重量，以獲得負(fù)電極的每單位重量的充電容量。
[0112]3)負(fù)電極的每單位重量的放電容量
[0113]在作為半電池形成用于評(píng)估的負(fù)電極后，由鋰金屬形成對(duì)置電極，在0.1C的恒流下將該半電池充電，并且，在操作電極電勢(shì)達(dá)到1.6V后，在0.1C的恒流下將該半電池放電，并且當(dāng)操作電極電勢(shì)是OV時(shí)測(cè)量電容量。然后，將測(cè)量的電容量除以負(fù)半電池的活性材料的重量，以獲得負(fù)電極的每單位重量的充電容量。
[0114]4)負(fù)電極的每單位重量的可逆容量
[0115]將在使用上述方法測(cè)量的充電容量和放電容量之間的差除以負(fù)半電池的活性材料的重量，以獲得負(fù)電極的每單位重量的可逆容量。
[0116]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明人的研究，在由具有不同面積的電極單元構(gòu)成的電極組件的情況下，雖然相應(yīng)的電極單元被設(shè)計(jì)為正常地操作，但是當(dāng)在電極單元之間的界面中的可逆容量比率不滿足等式I時(shí)，顯示難以在電極組件中實(shí)現(xiàn)商業(yè)上可行的容量和耐久性特性。在具有相同面積的所有現(xiàn)有電極組件中完全沒有預(yù)期這些結(jié)果，并且示出應(yīng)當(dāng)考慮在制造現(xiàn)有的電極組件的過程中還沒有考慮的新的要素，以便允許制造由具有不同面積的電極單元構(gòu)成的電極組件。而且，當(dāng)滿足等式I時(shí)，因?yàn)殡姌O單元的每一個(gè)的厚度在限定的范圍內(nèi)相對(duì)自由地可控，所以可以創(chuàng)新地增強(qiáng)在厚度方向上的設(shè)計(jì)自由度。
[0117]同時(shí)，當(dāng)在本發(fā)明的電極組件中考慮經(jīng)濟(jì)可行性和單位體積的能量密度時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以被配置為滿足等式1-1，優(yōu)選地滿足等式1-2。
[0118]然而，本發(fā)明不限于上面的值。
[0119]等式1-1:1 ≤ Nn/Pn ≤Nn/Pn+1
[0120]等式1-2:1 ≤ Nn/Pn ≤Nn/Pn+1 ≤ 1.2
[0121]在等式1-1和1-2中，η、Mn、P1^PPlrt的定義與在等式I中的那些相同。
[0122]同時(shí)，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元的組合時(shí)，該電極組件優(yōu)選地被配置為滿足等式2。
[0123]等式2:Nn/Pn ≤Nn/Pn+1 ≤ Nn+1/Pn+1 ≤ Nn+1/Pn+2
[0124]在等式2中，n是不小于I的整數(shù)，Nn是面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Νη+1是面積上第η+1大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Pn是面積上第η大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量，Ρη+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量，并且，Ρη+2是面積上第η+2大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量。
[0125]同時(shí)，當(dāng)本發(fā)明的電極組件中考慮經(jīng)濟(jì)可靠性和單位體積的能量密度時(shí)，本發(fā)明的電極組件優(yōu)選地被配置為滿足等式2-1。
[0126]等式2-1:1 ≤ Nn/Pn ≤ Nn/Pn+1 ≤ Nn+1/Pn+1 ≤ Nn+1/Pn+2
[0127]等式2-2:1 ≤ Nn/Pn ≤ Nn/Pn+1 ≤Nn+1/Pn+1 ≤ Nn+1/Pn+2 ^ 1.2
[0128]在等式2-1和2-2中，n、Nn、Nn+1、Pn和Ρη+1的定義與在等式2中的那些相同。
[0129]同時(shí)，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元的組合，并且在面積上第η大的電極單元和面積上第η+1大的電極單元之間設(shè)置面積上第η+2大時(shí)，該電極組件更優(yōu)選地被配置為同時(shí)滿足等式2和3。
[0130]等式3:Νη/Ρη+2 ≤ Νη+1/Ρη+2
[0131]在等式2中，n是不小于I的整數(shù)，Nn是面積上第n大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Νη+1是面積上第η+1大的電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Ρη+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量，并且，Ρη+2是面積上第η+2大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量。
[0132]根據(jù)本發(fā)明人的研究，當(dāng)在電極組件中包括的正電極和負(fù)電極的可逆容量被設(shè)計(jì)為滿足上述條件時(shí)，雖然不同地改變每一個(gè)電極單元的面積和厚度，但是也可以獲得具有優(yōu)越的功率效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的電極組件，即，當(dāng)已經(jīng)在25°C下已經(jīng)執(zhí)行500次充電和放電循環(huán)時(shí)的電容量相對(duì)于在單次充電和放電循環(huán)后的電容量是60%或更多，并且，電極組件的總厚度變化比率是15%或更小的電極組件。
[0133]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以被設(shè)計(jì)為使得負(fù)電極的每單位面積的可逆容量與正電極的每單位面積的可逆容量的比率不小于1，并且優(yōu)選地是大約I至大約2、大約I至大約1.5、大約I至大約1.1、大約I至大約1.09、大約1.5至大約2、大約1.02至大約1.09、大約1.05至大約1.09、大約1.05、大約1.06、大約1.07、大約1.08或大約
1.09。根據(jù)本發(fā)明人的研究，發(fā)現(xiàn)在滿足在界面處負(fù)電極的每單位面積的可逆容量與面對(duì)負(fù)電極的正電極的每單位面積的可逆容量的比率是I或更大的范圍內(nèi)，在相對(duì)自由地改變電極單元的面積或厚度等的同時(shí)，可以獲得市售的電池容量和耐久性。然而，當(dāng)在界面處負(fù)電極的每單位面積的可逆容量與面對(duì)負(fù)電極的正電極的每單位面積的可逆容量的比率小于I時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生腫脹，并且因此，電池穩(wěn)定性和電極效率銳減。
[0134]同時(shí)，在本發(fā)明的電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元的組合的情況下，電極組件被設(shè)計(jì)為使得在電極單元之間的界面處的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量與正電極的每單位面積的可逆容量的比率彼此相同，或者隨著在電極單元之間的接觸面積減小而增大。即，在電極組件包括具有最大面積的電極單元(為了方便，稱為第一電極單元)、具有中等面積的電極單元(為了方便，稱為第二電極單元)和具有最小面積的電極單元(為了方便，稱為第三電極單元)的情況下，期望在第二電極單元和第三電極單元之間的界面處設(shè)置的正電極和負(fù)電極的每單位面積的可逆容量的比率等于或大于在第一電極單元和第二電極單元之間的界面處設(shè)置的正電極和負(fù)電極的每單位面積的可逆容量的比率。當(dāng)具有不同面積的電極單元的數(shù)量增大時(shí)，產(chǎn)生在電極單元之間的兩個(gè)或更多個(gè)的界面，并且當(dāng)在該兩個(gè)或更多個(gè)界面中的平衡未被控制時(shí)，可能因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)變形而降低電池穩(wěn)定性和性能。根據(jù)本發(fā)明人的研究，在電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元的組合的情況下，當(dāng)如上所述配置在電極單元之間的界面中設(shè)置的正電極和負(fù)電極的每單位面積的可逆容量的比率時(shí)，可以盡可能地抑制因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致的在電池穩(wěn)定性和性能上的降低。
[0135]同時(shí)，平衡在具有不同面積的電極單元之間的界面中的正電極和負(fù)電極的另一種方法是設(shè)計(jì)電極組件，使得在具有不同面積的電極單元之間的界面處彼此面對(duì)的正電極和負(fù)電極的厚度的比率滿足特定范圍。例如，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，在電極單元之間的界面處負(fù)電極的厚度與面對(duì)負(fù)電極的正電極的厚度的比率(即，負(fù)電極的厚度/正電極的厚度)在大約0.5至大約2的范圍中，優(yōu)選地在大約0.7至大約1.8的范圍中，并且更優(yōu)選地在大約1.0至大約1.4的范圍內(nèi)。當(dāng)在電極單元之間的界面處彼此面對(duì)的負(fù)電極和正電極的厚度的比率小于0.5時(shí)，在負(fù)電極中的可以接收正電極的鋰離子的位置不足，并且因此，鋰離子可能沉淀，從而與設(shè)計(jì)的容量相比顯示低性能和低容量，并且當(dāng)該比率超過2時(shí)，在負(fù)電極中的可以在初始充電中接收鋰離子的位置增加，使得可逆容量增大，實(shí)際容量與設(shè)計(jì)的容量相比更低，使用過量的負(fù)電極使得作為容量與電池密度的效率的能量密度降低，降低涂敷力，并且負(fù)電極活性材料可能脫層。
[0136]同時(shí)，可以通過使用離子研磨裝置(截面拋光機(jī)(CP))切割電極組件以暴露截面，并且使用SEM設(shè)備來掃描暴露的截面，來測(cè)量正電極和負(fù)電極的厚度。此時(shí)，正電極和負(fù)電極的厚度指示包括電極集流器和電極涂敷部分的全部的厚度。例如，在電極的單個(gè)表面上涂敷電極涂敷部分的單表面電極的情況下，電極的厚度指示涂敷部分和電極集流器的厚度的和，并且在電極的兩個(gè)表面上涂敷電極涂敷部分的雙表面電極的情況下，即，在由涂敷部分/集流器/涂敷部分構(gòu)成的電極的情況下，電極的厚度指示兩個(gè)涂敷部分和集流器的厚度的和。
[0137]更具體地，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件優(yōu)選地被配置為滿足等式4。[0138]等式4:dNn/dPn ≤dNn/dPn+1
[0139]其中，η是不小于I的整數(shù)，dNn是面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的厚度，dPn是面積上第η大的電極單元的正電極的厚度，并且dPn+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的厚度。
[0140]同時(shí)，當(dāng)在電極組件中考慮經(jīng)濟(jì)可行性和單位體積的能量密度時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件優(yōu)選地被配置為滿足等式4-1，更優(yōu)選的是，電極組件可以被配置為滿足等式4-2，并且更優(yōu)選的是，電極組件可以被配置為滿足等式4-3。
[0141]等式4-1:0.5 ( dNn/dPn ( dNn/dPn+1 ( 2
[0142]等式4-2:0.6 ^ dNn/dPn ( dNn/dPn+1 ^ 1.9
[0143]等式4-3:1.0 ^ dNn/dPn ( dNn/dPn+1 ^ 1.5
[0144]在等式4-l、4-2和4-3中，dNn、dPn和dPn+i的定義與在等式4中的那些相同。
[0145]同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元的情況下，電極組件可以被配置為滿足等式5。
[0146]等式5:dNn/dPn ( dNn/dPn+1 ( dNn+1/dPn+1 ( dNn+1/dPn+2
[0147]其中，n是不小于I的整數(shù)，dNn是面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的厚度，dNn+i是面積上第η+1大的電極單元的負(fù)電極的厚度，dPn是面積上第η大的電極單元的正電極的厚度，dPn+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的厚度，并且dPn+2是面積上第η+2大的電極單元的正電極的厚度。
[0148]同時(shí)，當(dāng)在電極組件中考慮經(jīng)濟(jì)可行性和單位體積的能量密度時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以優(yōu)選地被配置為滿足等式5-1，更優(yōu)選的是，電極組件可以被配置為滿足等式5-2，并且更優(yōu)選的是，電極組件可以被配置為滿足等式5-3。
[0149]等式5-1:0.5 ( dNn/dPn ( dNn/dPn+1 ( dNn+1/dPn+1 ( dNn+1/dPn+2 ( 2
[0150]等式5-2:0.6 ( dNn/dPn ( dNn/dPn+1 ( dNn+1/dPn+1 ( dNn+1/dPn+2 ≤ 1.9
[0151]等式5-3:1.0 ≤ dNn/dPn ( dNn/dPn+1 ( dNn+1/dPn+1 ( dNn+1/dPn+2 ≤ 1.5
[0152]在等式5-1、5-2和5-3中，dNn、dNn+1、dPn和dPn+1的定義與在等式5中的那些相同。
[0153]而且，在本發(fā)明的電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元，并且在面積上第η大的電極單元和面積上第η+1大的電極單元之間設(shè)置面積上第η+2大的電極單元的情況下，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件優(yōu)選地被配置為同時(shí)滿足等式5和6。
[0154]等式6: dNn/dPn+2 ( dNn+1/dPn+2
[0155]在等式6中，n是不小于I的整數(shù)，dNn是面積上第η大的電極單元的負(fù)電極的厚度，dNn+1是面積上第η+1大的電極單元的負(fù)電極的厚度，dPn+1是面積上第η+1大的電極單元的正電極的厚度，并且dPn+2是面積上第η+2大的電極單元的正電極的厚度。
[0156]如上，控制在電極單元之間的界面中的正電極和負(fù)電極的厚度的方法的有利之處在于:與控制可逆容量的比率的方法作比較，它在設(shè)計(jì)上簡(jiǎn)單。然而，在使用的電極的規(guī)格根據(jù)電極單元而被改變的情況下，正電極和負(fù)電極可能不會(huì)通過厚度的比率而被平衡。因此，在該情況下，期望根據(jù)控制正電極和負(fù)電極的可逆容量的比率的方法來設(shè)計(jì)電極組件。然而，當(dāng)在每一個(gè)電極單元中使用的電極的規(guī)格彼此相同時(shí)，或者當(dāng)電極的規(guī)格不同，但是負(fù)電極活性材料的充電容量是正電極活性材料的充電容量的大約1.5至3倍，優(yōu)選地是大約1.8至2.5倍時(shí)，可以通過在上述范圍中設(shè)計(jì)正電極和負(fù)電極的厚度而容易地在電極單元之間的界面處平衡正電極和負(fù)電極。
[0157]同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中包括的正電極的每一個(gè)和負(fù)電極的每一個(gè)被設(shè)計(jì)為在電極單元之間的界面處平衡，并且不特別限制電極的每一個(gè)的涂敷部分的厚度、孔隙率和加載量。
[0158]例如，可以考慮所使用的電極活性材料的類型和實(shí)現(xiàn)的電池容量等來適當(dāng)?shù)剡x擇根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中包括的正電極和負(fù)電極的厚度。例如，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，正電極的厚度可以在大約50 μ m至大約150 μ m、大約80 μ m至大約140 μ m或大約100 μ m至大約150 μ m的范圍內(nèi)，并且負(fù)電極的厚度可以在大約80 μ m至大約200 μ m、大約100 μ m至大約200 μ m或大約100 μ m至大約150 μ m的范圍內(nèi)。
[0159]而且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中包括的正電極和負(fù)電極中，每單位面積的涂敷量(可以被稱為加載量)不被特別限制，并且可以考慮所使用的電極活性材料的類型和實(shí)現(xiàn)的電池容量等而被適當(dāng)?shù)剡x擇。例如，在本發(fā)明中，正電極活性材料的每單位面積的涂敷量可以在大約10mg/cm2至大約30mg/cm2、大約10mg/cm2至大約25mg/cm2或者大約15mg/cm2至大約30mg/cm2的范圍內(nèi)，并且負(fù)電極活性材料的每單位面積的涂敷量可以在大
約5mg/cm2至大約2Omg/cm2、大約5mg/cm2至大約15mg/cm2或者大約IOmg/cm2至大約20mg/
[0160]而且，在正電極和負(fù)電極中，不特別限制孔隙率，并且可以根據(jù)所使用的電極活性材料的類型和實(shí)現(xiàn)的電池容量等來適當(dāng)?shù)剡x擇孔隙率。例如，在本發(fā)明中，正電極的孔隙率可以在大約10%至大約30%、大約15%至大約30%或大約10%至大約25%的范圍內(nèi)，并且負(fù)電極的孔隙率可以在大約15%至大約50%、大約20%至大約50%或大約15%至大約40%的范圍內(nèi)。
[0161]根據(jù)本發(fā)明人的研究，當(dāng)在電極組件中包括的正電極和負(fù)電極的厚度被設(shè)計(jì)為滿足上述條件時(shí)，雖然每一個(gè)電極單元的面積和/或厚度不同地改變，但是可以獲得具有優(yōu)越的功率效率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的電極組件，即，當(dāng)已經(jīng)在25°C下執(zhí)行已經(jīng)500次充電和放電循環(huán)時(shí)的電容量相對(duì)于在單次充電和放電循環(huán)后的電容量是60%或更大，并且電極組件的總厚度變化比率是15%或更小的電極組件。
[0162]同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中包括的電極單元可以被不同地組合。以下，將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極單元的配置。圖1至4圖示了用于示出在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中的電極單元的配置的各個(gè)實(shí)施例。
[0163]圖1圖示電極組件，該電極組件包括由堆疊型單元電池構(gòu)成的電極單元的電極組件。如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以包括具有不同面積的三種類型的電極單元110、120和130，并且在該情況下，電極單元可以包括通過下述方式形成的堆疊型單元電池:堆疊正電極40、負(fù)電極50，并且在其間插入隔膜60。在該情況下，相應(yīng)的電極單元可以被配置為單個(gè)單元電池105，如電極單元130，或者可以被配置為具有相同面積的兩個(gè)或更多個(gè)單元電池101和102和103和104的組合，如電極單元110和電極單元120。同時(shí)，在圖1中，圖示構(gòu)成電極單元的所有單元電池是堆疊型單元電池的情況，但是本發(fā)明不限于此。即，在本發(fā)明的實(shí)施例中，電極單元可以由除了堆疊型單元電池之外的果凍卷型單元電池、堆疊與折疊單元電池構(gòu)成，可以由這些單元電池和電極的組合，以及不同類型的單元電池的組合構(gòu)成。[0164]例如，圖2圖示包括由果凍卷型單元電池和電極構(gòu)成的電極單元的電極組件。如圖2中所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以包括例如具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元210和220，并且在該情況下，具有相對(duì)小面積的電極單元210可以由果凍卷型單元電池201和單電極202構(gòu)成，并且具有相對(duì)大面積的電極單元220可以由果凍卷型單元電池203構(gòu)成。在該情況下，通過下述方式形成果凍卷型單元電池201和203:將負(fù)電極片材50’和正電極片材40’在其間插入隔膜60’的情況下纏繞。在該情況下，考慮到電池穩(wěn)定性，執(zhí)行纏繞，使得負(fù)電極片材位于外側(cè)上，并且單電極202是正電極。然而，本發(fā)明不限于此，并且，可以使用通過纏繞使得正電極片材位于外側(cè)而形成的果凍卷型單元電池，并且在該情況下，暴露部分包括未涂敷正電極活性材料的未涂敷部分。
[0165]同時(shí)，圖2圖示由果凍卷型單元電池和單電極的組合構(gòu)成的電極單元和由單個(gè)果凍卷型單元電池構(gòu)成的電極單元，但是本發(fā)明不限于此，并且可以通過將堆疊型單元電池和/或堆疊與折疊型單元電池與單電極組合來配置電極單元，或者，通過組合兩種或更多種類型的單元電池來配置電極單元。
[0166]例如，如圖3中所示，可以通過組合堆疊型單元電池和堆疊與折疊型單元電池來實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件。如圖3中所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以包括具有不同面積的三種類型的電極單元210、320和330，并且在該情況下，具有最小面積的電極單元310和具有最大面積的電極單元330可以由堆疊型單元電池構(gòu)成，并且具有中等面積的電極單元320可以由堆疊與折疊型單元電池構(gòu)成。其中，具有最小面積的電極單元310可以由具有負(fù)電極50/隔膜60/正電極40/隔膜60/負(fù)電極50/隔膜60/正電極40的結(jié)構(gòu)的堆疊型單元電池構(gòu)成，并且具有最大面積的電極單元330可以由具有負(fù)電極50/隔膜60/正電極40/隔膜60/負(fù)電極50/隔膜60/正電極40/隔膜60/負(fù)電極50的結(jié)構(gòu)的堆疊型單元電池構(gòu)成。以這種方式，在單元電池的兩個(gè)最外表面上設(shè)置的電極可以不同或可以相同，并且單個(gè)單元電池可以包括一個(gè)或更多個(gè)正電極和/或一個(gè)或更多個(gè)負(fù)電極。同時(shí)，具有中等面積的電極單元320可以由通過下述方式形成的堆疊與折疊型單元電池構(gòu)成:堆疊由片材型分離膜70纏繞的、包括負(fù)電極、正電極和隔膜的電極層壓物。
[0167]同時(shí)，圖4圖示被配置為單電極的電極單元的示例。如圖4中所示，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以包括被配置為單電極的電極單元420和由一個(gè)或更多個(gè)單元電池401和402構(gòu)成的電極單元410。
[0168]如上，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，單電極單元可以被配置為單電極、一個(gè)或更多個(gè)單元電池或其組合，并且在該情況下，例如在本領(lǐng)域中一般使用的堆疊型單元電池、果凍卷型單元電池、堆疊與折疊型單元電池和/或其組合的各種單元電池可以被用作上述單元電池而不受限制。同時(shí)，除了在圖1至圖4中所示的單元電極之外，可以存在各種電極單元的組合，并且，可以明白這樣的修改被包括在本發(fā)明的范圍中。
[0169]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以具有下述結(jié)構(gòu):其中，使用單個(gè)片材型分離膜來纏繞一些或全部單電極和構(gòu)成電極單元的單元電池。圖5圖示具有下述結(jié)構(gòu)的電極組件的實(shí)現(xiàn)示例:其中，通過片材型分離膜來覆蓋構(gòu)成電極單元的單電極和單元電池的一些或全部。如圖5中所示，使用片材型分離膜70來覆蓋構(gòu)成電極單元510、520和530的單元電池501、502、503、504、505、506和507，通過片材型分離膜70來限制電池膨脹，改善了電池穩(wěn)定性。同時(shí)，在圖5中，片材型分離膜可以不存在于由虛線指示的部分中。[0170]同時(shí)，圖5圖示片材型分離膜以Z字形方式覆蓋單元電池501、502、503、504、505、506和507，但是本發(fā)明不限于此，并且可以不同地實(shí)現(xiàn)使用片材型分離膜纏繞單電極和/或單元電池的方法。
[0171]例如，如圖6中所示，可以通過下述方式來制作根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件:在片材分離膜70上以適當(dāng)間隔布置具有不同面積的單元電池601、602、602、603、604、605、606和607，并且卷起片材型分離膜70。
[0172]而且，雖然未示出，但是可以通過下述方式來制作根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件:在片材型分離膜的一個(gè)表面上以特定間隔布置正電極，在相反的表面上以特定間隔布置負(fù)電極，并且隨后卷起片材型分離膜?；蛘?，可以通過下述方式來制作根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件:制備兩個(gè)片材型分離膜，在一個(gè)片材型分離膜上以特定布置來堆疊負(fù)電極，在另一個(gè)片材型分離膜上以特定布置堆疊正電極，并且隨后卷起兩個(gè)片材型分離膜。此外，可以存在各種方法，用于通過根據(jù)期望制作的電極組件的形狀等，使用片材型分離膜來纏繞電極單元中的一些或全部，并且應(yīng)當(dāng)明白，這樣的修改屬于本發(fā)明的范圍。
[0173]同時(shí)，不特別限制在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中包括的正電極、負(fù)電極和隔膜的材料，并且可以使用在本領(lǐng)域中抑制的正電極、負(fù)電極和隔膜而不受限制。例如，通過下述方式來形成負(fù)電極:在由銅、鎳、鋁或包括其一種或更多種類型的合金制成的負(fù)電極集流器上涂敷負(fù)電極活性材料，諸如鋰金屬、鋰合金、碳、石油焦炭、活性碳、石墨、硅化合物、錫化合物、鈦化合物或者它們的合金等。而且，可以通過下述方式來形成正電極:在由鋁、鎳、銅或包括其一種或更多種類型的組合制成的正電極集流器上涂敷正電極活性材料，諸如錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳酸鋰、磷酸鐵鋰或包括其一種或更多種的化合物和混合物。在該情況下，構(gòu)成涂敷了電極活性材料的單個(gè)單元電池的正電極和負(fù)電極的面積可以相同或不同。例如，圖1的單元電池示出使用電極活性材料涂敷的負(fù)電極和正電極的面積相同的情況，并且圖3的單元電池示出使用電極活性材料涂敷的負(fù)電極和正電極的面積不同的情況。而且，電極活性材料可以被涂敷在集流器的兩個(gè)表面上，或者可以僅被涂敷在集流器的一個(gè)表面上，以便形成未涂敷部分等。
[0174]同時(shí)，隔膜可以是由聚乙烯、聚丙烯或其組合制成的具有微孔結(jié)構(gòu)的多層膜，或者，可以使用用于凝膠型聚合物電解質(zhì)或固體聚合物電解質(zhì)的聚合物膜，諸如聚偏氟乙烯、聚環(huán)氧乙烷、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸或聚偏氟乙烯六氟丙烯共聚物，但是不特別限制本發(fā)明。
[0175]而且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，電極單元可以具有一個(gè)或更多個(gè)電極片。通常，當(dāng)電極單元被配置為單電極時(shí)(例如，在圖4中的420)，它可以僅具有一個(gè)電極片，并且當(dāng)電極單元被配置為包括單元電池時(shí)，它可以包括負(fù)電極片和正電極片兩者。具有相同極性的電極片被電連接。同時(shí)，在本發(fā)明的實(shí)施例中，不特別限制電極片的面積和布置
位置等。
[0176]例如，在相應(yīng)的電極單元中提供的電極片的面積可以相同或不同。在現(xiàn)有技術(shù)中，因?yàn)樵陔姌O組件中包括的電極單元的面積相同，所以一般使用具有相同面積的電極片。作為比較，在本發(fā)明的情況下，因?yàn)榘ň哂胁煌娣e的兩種或更多種類型的電極單元，所以在每個(gè)電極單元中優(yōu)化的電極片的大小可以不同。因此，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，可以更有益的是，根據(jù)電極單元的面積來選擇具有不同面積的電極片，以便最大化電容量。
[0177]而且，在本發(fā)明的實(shí)施例中，可以在不同位置設(shè)置電極片。例如，可以設(shè)置電極片，使得具有相同極性的電極片的一些或全部彼此重疊。在現(xiàn)有技術(shù)電極組件的情況下，通常，具有相同極性的電極片全部被設(shè)置為彼此重疊，以便在被插入電池外殼內(nèi)后便利電極片的電連接。然而，在該情況下，如果增大堆疊的電極的數(shù)量，則電極片的厚度增大，從而在電極片之間的粘結(jié)度變差。當(dāng)將電極片設(shè)置為使得它們的僅一些而不是全部彼此重疊時(shí)，可以相當(dāng)大地減小上述問題。
[0178]具體地說，當(dāng)如根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件，使用具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元時(shí)，可以根據(jù)電極單元的面積而使用具有不同面積的電極片，并且將其布置為使得僅其一些彼此重疊，以在最大化電容量的同時(shí)增強(qiáng)電極片的粘結(jié)度。圖7圖示可以適用于根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件的電極片的實(shí)現(xiàn)示例。如圖7中所示，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，根據(jù)電極單元而使用具有不同面積的電極片10、20和30，并且可以將其布置為使得僅其一些彼此重疊。
[0179]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極單元的形狀可以相同或不同。例如，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極單元可以具有四邊形形狀，諸如矩形形狀、正方形形狀、梯形形狀、平行四邊形形狀或菱形形狀等，或者可以具有帶有倒角或圓角的類四邊形形狀，或者可以具有一個(gè)或更多個(gè)邊被配置為曲線的形狀。此外，可以存在具有各種其他形狀的電極單元，并且應(yīng)當(dāng)明白，這樣的修改屬于本發(fā)明的范圍。
[0180]同時(shí)，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件可以通過堆疊具有相同形狀的電極單元來形成，或者可以通過組合如圖10中所示的具有不同形狀的電極單元來形成。以這種方式，因?yàn)殡姌O單元被形成為具有各種形狀，所以可以實(shí)現(xiàn)具有各種形狀的電池設(shè)計(jì)，并且可以增強(qiáng)空間利用率。
[0181]同時(shí)，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，可以堆疊具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元，以具有各種布置。不特別限制用于堆疊電極單元的方法。例如，如圖8 (A)、(B)和(D)中所示，電極單元可以被堆疊為具有電極單元的面積從下側(cè)向上側(cè)(或向上)縮小的布置。如圖8 (E)中所示，電極單元可以被堆疊為具有電極單元的面積從下側(cè)向上側(cè)增大的布置。而且，如圖8 (C)中所示，電極單元可以被堆疊為使得在電極組件的中層布置具有最大面積的電極單元。
[0182]而且，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件中，例如，如圖8 (A)中所示，電極單元可以被堆疊為具有階梯布置，其中，相應(yīng)的電極單元的每一個(gè)的一個(gè)角一致。如圖8 (B)中所示，電極單元可以被堆疊為具有金字塔型布置，其中，在平面方向上的相應(yīng)的電極單元的中點(diǎn)一致。而且，如圖8 (D)中所示，電極單元可以被堆疊以具有下述布置:其中，在平面方向上的相應(yīng)的電極單元的中點(diǎn)以特定間隔或不規(guī)則地分離。此外，可以不同地修改堆疊布置，并且應(yīng)當(dāng)明白，這樣的修改屬于本發(fā)明的范圍。
[0183]以下，將描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池單元。圖9和10圖示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池單元。如圖9和10中所示，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池單元900中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電極組件100被安裝在電池外殼910中。
[0184]在該情況下，電池外殼910可以是袋型外殼，并且可以具有與電極組件的形狀對(duì)應(yīng)的形狀，但是本發(fā)明不限于此。[0185]同時(shí)，該袋型外殼可以由層壓片材制成，并且在該情況下，該層壓片材可以包括:形成最外部分的外樹脂層；防止材料的滲透的阻擋金屬層；以及，用于密封的內(nèi)樹脂層，但是本發(fā)明不限于此。
[0186]而且，電池外殼可以具有下述結(jié)構(gòu):其中，用于電連接電極組件的電極單元的電端子的電極引線920和930暴露到外側(cè)。雖然未示出，但是絕緣膜可以附接到電極引線920和930的上和下表面，以便保護(hù)電極引線920和930。
[0187]而且，電池外殼可以具有與電極組件的形狀對(duì)應(yīng)的形狀?？梢酝ㄟ^將電池外殼本身變形來形成電池外殼的形狀。在該情況下，電池外殼的形狀和大小可能不必然對(duì)應(yīng)于電極組件的形狀和大小。即，電池外殼可以具有足以防止因?yàn)橥屏ΜF(xiàn)象(thrust phenomenon)導(dǎo)致的內(nèi)部短路的形狀和大小。同時(shí)，電池外殼的形狀不限于此，并且可以根據(jù)需要使用具有各種形狀和大小的電池外殼。
[0188]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池單元100可以是鋰離子電池或鋰離子聚合物電池，但是本發(fā)明不限于此。
[0189]可以單獨(dú)使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池單元100，或者，可以使用包括一個(gè)或更多個(gè)電池單元100的電池組。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的電池單元和/或電池組可以有益地用在各種裝置中，例如便攜電話、便攜計(jì)算機(jī)、智能電話、智能板、上網(wǎng)本、輕型電動(dòng)車輛(LEV)、電動(dòng)車輛、混和電動(dòng)車輛、插電式混和電動(dòng)車輛和能量存儲(chǔ)裝置等。在本領(lǐng)域中已知這些裝置的結(jié)構(gòu)及其制作方法，因此，將省略其詳細(xì)說明。
[0190]同時(shí)，當(dāng)在上述裝置中安裝電池單元或電池組時(shí)，可以在因?yàn)殡姵貑卧螂姵亟M的結(jié)構(gòu)而形成的剩余空間中定位裝置的系統(tǒng)部件。在本發(fā)明的實(shí)施例中，因?yàn)殡姵貑卧螂姵亟M形成為具有不同大小的電極組件1，所以電極組件I本身被形成為具有階梯。因此，當(dāng)電池外殼根據(jù)電極的形狀而被形成并且被安裝在裝置中時(shí)，形成了在傳統(tǒng)的棱柱或橢圓電池單元或電池組中未提供的剩余空間。
[0191]當(dāng)在剩余空間中安裝裝置的系統(tǒng)部件時(shí)，可以靈活地布置裝置的系統(tǒng)部件和電池單元或電池組，以增強(qiáng)空間利用率并且減小裝置的整體厚度或體積以實(shí)現(xiàn)超薄設(shè)計(jì)。
[0192]用于執(zhí)行本發(fā)明的模式
[0193]以下，將通過具體示例來詳細(xì)描述本發(fā)明，然而，可以明白，下面的示例僅被提供用于描述本發(fā)明的實(shí)施例，并且不意欲將本發(fā)明限制到下面的示例的范圍。
[0194]制造示例1:正電極A
[0195]LiCoO2被用作正電極活性材料，并且聚偏氟乙烯(PVDF)被用作粘結(jié)劑，正電極活性材料和粘結(jié)劑被溶解在N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)中，并且然后被混和以制備正電極糊狀物。正電極糊狀物被涂敷在具有15 μ m厚度的鋁箔集流器的兩個(gè)表面上，在150°C下在爐中被干燥，并且被壓制以制造正電極A。所制造的正電極A具有100 μ m的厚度、孔隙率21%和335mAh的可逆容量。
[0196]制造示例2:正電極B
[0197]使用與在制造示例I中相同的方法來制造正電極B，除了正電極的厚度變?yōu)?10 μ m。所制造的正電極B具有110 μ m的厚度、孔隙率21%和375mAh的可逆容量。
[0198]制造示例3:負(fù)電極A
[0199]自然石墨和人造石墨的混合物材料被用作負(fù)電極活性材料，并且，丁苯橡膠(SBR)和羧甲基纖維素(CMC)碳被用作粘結(jié)劑。負(fù)電極活性材料和粘結(jié)劑被溶解在蒸餾水中，并且被混和以制備負(fù)電極糊狀物。在如此獲得的負(fù)電極糊狀物被涂敷在具有10 μ m的厚度的銅箔集流器的兩個(gè)表面上后，涂敷有該糊狀物的銅箔集流器在100°C下在爐中被熱處理，并且被壓制以制造負(fù)電極A。所制造的負(fù)電極A具有105 μ m的厚度、孔隙率27%和348mAh的
可逆容量。
[0200]制造示例4:負(fù)電極B
[0201]使用與在制造示例3中相同的方法來制造負(fù)電極B，除了負(fù)電極的厚度變?yōu)?08 μ m。所制造的負(fù)電極B具有108 μ m的厚度、孔隙率27%和359mAh的可逆容量。
[0202]制造示例5:負(fù)電極C
[0203]使用與在制造示例3中相同的方法來制造負(fù)電極C，除了負(fù)電極的厚度變?yōu)?18.8 μ m。所制造的負(fù)電極C具有118.8 μ m的厚度、孔隙率27%和400mAh的可逆容量。
[0204]制造示例6:負(fù)電極D
[0205]使用與在制造示例3中相同的方法來制造負(fù)電極D，除了負(fù)電極的厚度變?yōu)?0 μ m。所制造的負(fù)電極D具有90 μ m的厚度、孔隙率27%和294mAh的可逆容量。
[0206]制造示例7:負(fù)電極E
[0207]使用與在制造示例3中相同的方法來制造負(fù)電極E，除了負(fù)電極的厚度變?yōu)?40 μ m。所制造的負(fù)電極E具有140 μ m的厚度、孔隙率27%和465mAh的可逆容量。
[0208]示例 I
[0209]在通過將正電極A和負(fù)電極A切割為具有IOOmmX 150mm的大小、在其間插入隔膜并且堆疊正電極A、隔膜和負(fù)電極A而制造的大面積電極單元上堆疊通過將正電極A和負(fù)電極A切割為具有80mmX 120mm的大小、在其間插入隔膜并且堆疊正電極A、隔膜和負(fù)電極A而制造的小面積電極單元，來制造電極組件。
[0210]示例 2
[0211]在通過將正電極A和負(fù)電極A切割為具有IOOmmX 150mm的大小、在其間插入隔膜并且堆疊正電極A、隔膜和負(fù)電極A而制造的大面積電極單元上堆疊通過將正電極A和負(fù)電極B切割為具有80mmX 120mm的大小、在其間插入隔膜并且堆疊正電極A、隔膜和負(fù)電極B而制造的小面積電極單元，來制造電極組件。
[0212]比較示例I
[0213]在通過將正電極A和負(fù)電極B切割為具有IOOmmX 150mm的大小、在其間插入隔膜并且堆疊正電極A、隔膜和負(fù)電極B而制造的大面積電極單元上堆疊通過將正電極B和負(fù)電極C切割為具有80mmX 120mm的大小、在其間插入隔膜并且堆疊正電極A、隔膜和負(fù)電極B而制造的小面積電極單元，來制造電極組件。
[0214]比較示例2
[0215]在通過將正電極A和負(fù)電極D切割為具有IOOmmX 150mm的大小、在其間插入隔膜并且堆疊正電極A、隔膜和負(fù)電極D而制造的電極單元上堆疊通過將正電極A和負(fù)電極A切割為具有80mmX120mm的大小、在其間插入隔膜并且堆疊正電極A、隔膜和負(fù)電極A而制造的電極單元，來制造電極組件。
[0216][表 I]
[0217]
【權(quán)利要求】
1.一種電極組件，包括具有不同面積的兩種或更多種類型的電極單元的組合，所述電極單元被堆疊為使得在所述電極單元之間形成階梯部分，其中，正電極和負(fù)電極被形成為在所述電極單元之間的界面處彼此面對(duì)，并且滿足等式4:等式 4:dNn/dPn ≤dNn/dPn+i其中，η是不小于I的整數(shù)，dNn是面積上第η大的所述電極單元的所述負(fù)電極的厚度，dPn是面積上第η大的所述電極單元的所述正電極的厚度，并且dPn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述正電極的厚度。
2.滿足等式4-1的電極組件滿足:等式 4-1:0.5 ( dNn/dPn ( dNn/dPn+1 ( 2其中，η是不小于I的整數(shù)，dNn是面積上第η大的所述電極單元的負(fù)電極的厚度，dPn是面積上第η大的所述電極單元的正電極的厚度，并且dPn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的正電極的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，在具有不同面積的所述電極單元之間的所述界面處，具有相對(duì)小面積的電極單元的正電極面對(duì)具有相對(duì)大面積的電極單元的負(fù)電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，當(dāng)在充電條件(A)和放電條件(B)下，在25°C下已經(jīng)執(zhí)行了 500次充電和放電循環(huán)時(shí)，電容量是在單次充電和放電循環(huán)后的電容量的60%或更大，并且，所述電極組件的總厚度變化率是15%或更小:充電條件(A):在電池在IC的恒流模式中被充電到4.2V或4.35V后，所述恒流模式被轉(zhuǎn)換為恒壓模式，并且在電流流動(dòng)后完成充電，直到充電的電流的數(shù)量變?yōu)殡姵氐淖钚‰娙萑萘康?/20后完成充電；以及放電條件(B):1C的放電電流在所述恒流模式中流動(dòng)，并且當(dāng)電壓達(dá)到3V時(shí)完成放電。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，在具有不同面積的所述電極單元之間的界面處所述負(fù)電極的每單位面積的可逆容量與面對(duì)所述負(fù)電極的所述正電極的每單位面積的可逆容量的比率不小于I。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，滿足等式1-1:等式 1-1:1 ^Nn/Pn^Nn/Pn+1,其中，η是不小于I的整數(shù)，Nn是面積上第η大的所述電極單元的所述負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Pn是面積上第η大的所述電極單元的所述正電極的每單位面積的可逆容量，并且Ρη+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述正電極的每單位面積的可逆容量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，滿足等式2:等式 2:Nn/Pn ( Nn/Pn+1 ( Nn+1/Pn+1 ( Nn+1/Pn+2，其中，n是不小于I的整數(shù)，Nn是面積上第η大的所述電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Nn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Pn是面積上第n大的所述電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量，Ρn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述正電極的每單位面積的可逆容量，并且Pn+2是面積上第n+2大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，滿足等式2-1:等式 2-1:1 ≤ Nn/Pn ≤ Nn/Pn+1 ≤Nn+1/Pn+1 ≤ Nn+1/Pn+2其中，n是不小于I的整數(shù)，Nn是面積上第n大的所述電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Νn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Pn是面積上第n大的所述電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量，Ρn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述正電極的每單位面積的可逆容量，并且Pn+2是面積上第n+2大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極組件，其中，在面積上第η大的所述電極單元和面積上第n+1大的所述電極單元之間設(shè)置面積上第n+2大的所述電極單元，并且滿足等式3，等式 3:Nn/Pn+2 ≤ Nn+1/Pn+2其中，n是不小于I的整數(shù)，Nn是面積上第n大的所述電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Νn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的負(fù)電極的每單位面積的可逆容量，Pn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述正電極的每單位面積的可逆容量，并且Pn+2是面積上第n+2大的電極單元的正電極的每單位面積的可逆容量。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，滿足等式5:等式 5:dNn/dPn≤ dNn/dPn+1 ≤ dNn+1/dPn+1 ≤ dNn+1/dPn+2其中，n是不小于1的整數(shù)，dNn是面積上第n大的所述電極單元的所述負(fù)電極的厚度，dNn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述負(fù)電極的厚度，dPn是面積上第n大的所述電極單元的所述正電極的厚度，dPn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述正電極的厚度，并且dPn+2是面積上第n+2大的所述電極單元的所述正電極的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，滿足等式5-1:等式 5-1:0.5 ≤ dNn/dPn ≤ dNn/dPn+1 ≤dNn+1/dPn+1 ≤ dNn+1/dPn+2 ≤ 2其中，n是不小于1的整數(shù)，dNn是面積上第n大的所述電極單元的所述負(fù)電極的厚度，dNn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述負(fù)電極的厚度，dPn是面積上第n大的所述電極單元的所述正電極的厚度，dPn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述正電極的厚度，并且dPn+2是面積上第n+2大的所述電極單元的所述正電極的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電極組件，其中，在面積上第n大的所述電極單元和面積上第n+1大的所述電極單元之間設(shè)置面積上第n+2大的所述電極單元，并且滿足等式6，等式 6:dNn/dPn+2 ( dNn+1/dPn+2其中，η是不小于I的整數(shù)，dNn是面積上第η大的所述電極單元的所述負(fù)電極的厚度，dNn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述負(fù)電極的厚度，dPn+1是面積上第n+1大的所述電極單元的所述正電極的厚度，并且dPn+2是面積上第n+2大的所述電極單元的所述正電極的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極組件包括具有不同面積的三種或更多種類型的電極單元的組合，并且在所述電極單元之間的所述界面處所述負(fù)電極的每單位面積的可逆容量與面對(duì)所述負(fù)電極的所述正電極的每單位面積的可逆容量的比率彼此相同，或者隨著在所述電極單元之間的接觸面積減小而增大。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述正電極具有在10%至30%的范圍中的孔隙率，并且所述負(fù)電極具有在15%至50%的范圍中的孔隙率。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極單元包括:一個(gè)或更多個(gè)單電極；一個(gè)或更多個(gè)單元電池，所述單元電池包括至少一個(gè)正電極、至少一個(gè)負(fù)電極和至少一個(gè)隔膜；或者，其任何組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極組件，其中，所述單元電池選自由果凍卷型單元電池、堆疊型單元電池、層壓與 堆疊型單元電池和堆疊與折疊型單元電池構(gòu)成的組。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極組件具有下述結(jié)構(gòu):其中，使用長(zhǎng)片型分離膜來纏繞構(gòu)成所述電極單元的所述單電極和所述單元電池的一些或全部。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極組件，其中，在所述單元電池的兩個(gè)最外表面上設(shè)置的電極的極性相同。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極組件，其中，在所述單元電池的兩個(gè)最外表面上設(shè)置的電極的極性不同。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極單元的截面具有四邊形形狀、至少一個(gè)角具有彎曲形狀的類四邊形形狀或在至少一個(gè)或更多個(gè)邊處具有彎曲形狀的形狀。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極組件包括具有不同截面形狀的電極單元的組合。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極組件包括具有相同截面形狀的電極單元的組合。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極單元包括一個(gè)或更多個(gè)電極片，并且，具有相同極性的所述電極片被連接。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電極組件，其中，所述電極片具有不同大小。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極單元被堆疊以具有所述電極單元的面積向上減小的布置。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極單元被堆疊以具有所述電極單元的面積向上增大的布置。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極單元被堆疊為使得具有最大面積的電極單元被布置在所述電極組件的中層中。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極單元被堆疊以具有在平面方向上的相應(yīng)的電極單元的中點(diǎn)一致的布置。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極單元被堆疊以具有在平面方向上的相應(yīng)的電極單元的中點(diǎn)以特定間隔隔開的布置。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其中，所述電極單元被堆疊以具有相應(yīng)的電極單元的一個(gè)角一致的布置。
31.一種電池單元，其中，在電池外殼中安裝了權(quán)利要求1的所述電極組件。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的電池單元，其中，所述電池外殼是袋型外殼。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的電池單元，其中，所述電池外殼被形成為具有與所述電極組件的形狀對(duì)應(yīng)的形狀。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的電池單元，其中，所述電池單元是鋰離子二次電池或鋰離子聚合物二次電池。
35.一種包括一個(gè)或更多個(gè)權(quán)利要求31的所述電池單元的裝置。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中，所述裝置的系統(tǒng)部件位于所述電池單元內(nèi)的剩余空間中。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的裝置，其中，所述裝置是便攜電話、便攜計(jì)算機(jī)、智能電話、智能板、上網(wǎng)本、輕型`電動(dòng)車輛(LEV)、電動(dòng)車輛、混和電動(dòng)車輛、插電式混和電動(dòng)車輛或者能量存儲(chǔ)裝置。
【文檔編號(hào)】H01M10/058GK103608960SQ201380001748
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月20日
【發(fā)明者】權(quán)盛振, 安諄昊, 金東明, 金基雄, 金永焄, 尹成漢, 柳勝民 申請(qǐng)人:Lg 化學(xué)株式會(huì)社