[发明专利]包含具有相同宽度和不同长度的电极单元的电极组件以及包含所述电极组件的电池单元和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有阶梯部的电极组件，更特别地，涉及包含具有相同宽度和不同长度的电极单元的电极组件和包含所述电极组件的电池，所述电极单元以在电极单元之间的界面处具有不同极性的电极相互面对的方式来构造。

另外，本发明涉及包含所述电极组件的电池单元、电池组和装置。

背景技术

随着移动装置的开发和用途的日益增加，对二次电池的需求急剧增加，特别地，将具有高能量密度、高运行电压、易于储存的特性和相对长寿命的二次电池广泛用作各种电子产品如移动装置中的电源。

通常，通过将电极组件和电解质设置在电池壳中并对电池壳进行密封来形成诸如锂二次电池的二次电池。二次电池，根据其形状可以分为圆柱型、棱柱型和袋型电池，并根据用于其中的电解质的类型可以分为锂离子电池、锂离子聚合物电池和锂聚合物电池。随着移动装置的尺寸减小，对薄的棱柱型或袋型电池的要求提高，特别地，袋型电池由于相对重量轻而值得关注。

容纳在电池壳中的电极组件可以根据其结构而分为卷状物(卷绕)型、堆叠型和堆叠/折叠(组合)型。通常，可以通过如下制造卷状物型电极组件：利用电极活性材料对用作集电器的金属箔进行涂布；对所述金属箔进行压制；将所述金属箔切割成具有期望宽度和长度的带；使用隔离膜将正极和负极隔开；以及以螺旋形状对所述隔离膜进行卷绕。通过将负极、隔膜和正极垂直堆叠可以制造堆叠型电极组件。通过将具有单个电极或负极/隔膜/正极结构的各电极堆放置在隔离膜的长片上，并对所述隔离膜进行折叠，可以制造堆叠/折叠型电极组件。

然而，在相关领域中，电极组件通常通过对具有相同尺寸的单元电池或电极进行堆叠来制造并由此具有受限的形状。因此，在电池设计方面存在许多限制。为了克服这种限制，已经介绍了通过使用具有不同尺寸的电极或单元电池制造具有阶梯部的电池的方法。然而，由于通过将正极板和负极板切割成不同尺寸以形成具有不同尺寸的单元电池并对所述单元电池进行堆叠来制造这种具有阶梯部的电池，所以将电池的层的厚度限制为单元电池的厚度的倍数，由此电池的设计自由度相对低。

此外，相关领域的上述技术仅公开了通过将正极和负极切割成期望尺寸并对正极和负极进行堆叠来改变电池设计的简单理念。即，未公开制造具有实际可用的电池特性的电池的具体方法。例如，尽管具有阶梯部的电池的单元电池不存在单独的操作误差，但根据单元电池的堆叠结构，单元电池可能具有总的操作误差，或者与具有相同体积的电池的容量相比，具有阶梯部的电池的电容量可能非常低。另外，随着充放电循环的重复，具有阶梯部的电池的层之间的界面可能过度溶胀，从而降低电池的寿命并使得难以实际使用所述电池。然而，在相关领域中，未设计具有阶梯部的电池以考虑防止这种问题。

因此，需要高容量、耐用的电极组件以及使用这种电极组件的电池的开发，所述电极组件能够根据其中使用电极组件的装置的形状而不同地设计。

发明内容

技术问题

本发明的方面可以提供一种电极组件和包含所述电极组件的电池单元和装置，所述电极组件具有降低的厚度、提高的电容量特性和对于各种设计的适用性。

技术方案

根据本发明的一方面，电极组件可以包含具有相同宽度和不同长度的两个以上电极单元的组合，其中所述电极单元以在所述电极单元之间形成阶梯部的方式堆叠，且具有不同极性的电极可以在所述电极单元之间的界面处相互面对。

在具有相同宽度和不同长度的两个以上电极单元之间的界面处，相对长的电极单元的负极可以面对相对短的电极单元的正极。

在25℃下进行500个充放电循环之后，电极组件的电容量可以为在一个充放电循环之后测得的电容量的60％以上，且电极组件的总厚度与在一个充放电循环之后测得的总厚度相比可以变化15％以下。为此，在具有不同长度的电极单元之间的界面处相互面对的正极和负极可以平衡。

根据本发明的方面，电极组件可以包含n+1个以上的电极单元，且N_n对P_n之比(N_n/P_n)可以不大于N_n对P_n+1之比(N_n/P_n+1)，其中n表示等于或大于1的整数，N_n表示第n长的电极单元的负极的单位面积的可逆容量，P_n表示第n长的电极单元的正极的单位面积的可逆容量，且P_n+1表示第(n+1)长的电极单元的正极的单位面积的可逆容量。换言之，电极组件可以满足式1。