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CN105874640B - 具有使用惰性粒子来提高安全性的电池单元 - Google Patents

具有使用惰性粒子来提高安全性的电池单元 Download PDF

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CN105874640B CN201580003716.XA CN201580003716A CN105874640B CN 105874640 B CN105874640 B CN 105874640B CN 201580003716 A CN201580003716 A CN 201580003716A CN 105874640 B CN105874640 B CN 105874640B
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Abstract

本发明提供一种电池单元，其能够根据安装在其上的装置的形状而发生挠性变形，并且具有这样的结构：电极组件被嵌入可变的电池壳，同时被电解质所浸渍，其中，电极组件的电极堆叠方向上的顶部和/或底部的电极被构造成：包含惰性粒子的电极组合物被施加在朝向电池壳的内侧的电极集电器上，并且10％～100％的惰性粒子分布在电极组合物的表面上，从而在垂直截面中看时，在电极组合物的表面上形成曲线，或使得包含惰性粒子的覆层部形成在朝向电池壳的内侧的电极组合物层上。

Description

具有使用惰性粒子来提高安全性的电池单元
技术领域
本发明涉及具有使用惰性粒子来提高安全性的电池单元。
背景技术
随着信息技术(IT)的显著发展，各式各样的便携式信息通讯装置已得以普及。从而在21世纪，我们正在迈向一个随时随地都可提供高质量信息服务的普及型社会前行。
锂二次电池对于实现这种普及型社会非常重要。具体地，可以充放电的锂二次电池已广泛用作无线移动装置的能源。另外，锂二次电池还已用作电动车辆和混合动力电动车辆的能源，这些电动车辆和混合动力电动车辆用以解决由使用化石燃料的现有汽油车辆和柴油车辆所造成的诸如空气污染这样的问题。
如上所述，由于可使用锂二次电池的装置多种多样，所以锂二次电池也已实现多样化，使得锂二次电池可以提供适于锂二次电池所应用装置的输出和容量。另外，存在减小锂二次电池的尺寸和重量的强烈需求。
基于其形状，锂二次电池可以分为圆柱形电池单元、棱柱形电池单元和袋状电池单元。在这些类型的锂二次电池中，目前人们的兴趣大多集中于袋状电池单元，所述袋状电池单元可以以高集成度来进行堆叠，并且每单位重量的能量密度较高，此外所述袋状电池单元还可以低成本制造，并且易于修改。
图1和2为典型示出常规代表性袋状二次电池的一般结构的分解立体图。
参照图1，袋状二次电池10包含堆叠型电极组件20和电池壳40，电极组件20具有多个电极极耳21和22和两个电极引线30和31，所述电极极耳21和22从所述电极组件突出，所述电极引线30和31分别连接至所述电极极耳21和22，堆叠型电极组件20在密封状态下被容纳在所述电池壳40中，以使得电极引线30和31从电池壳40部分地外露。
电池壳40包括下壳42和上壳43，所述下壳42具有下凹容纳部41，堆叠型电极组件20位于该下凹容纳部41中，所述上壳43用于覆盖下壳42，从而使得电极组件20被密封在电池壳40中。在堆叠型电极组件20被安装于上壳43和下壳42中的所述状态，上壳43和下壳42通过热焊接彼此连接，以形成上端密封部44、侧密封部45和46以及下端密封部47。
如图1中所示，上壳43和下壳42可以构造为分离的构件。另一方面，如图2中所示，上壳43的一端可以整体形成在下壳42的对应端部处，从而上壳43和下壳42可以以铰接的方式彼此相连。
另外，如图1和2中所示，袋状电池单元被构造为具有如下结构：由电极极耳和被连接至电极极耳的电极引线所构成的电极端子形成在电极组件的一端。可选地，也可以使用上述方法来制造被构造为具有如下结构的袋状电池单元：电极端子形成在电极组件的一端和另一端处。
同时，图1和2示出具有堆叠型电极组件的袋状电池单元。可选地，也可以使用上述方法制造具有卷绕型或果冻卷型电极组件的袋状电池单元。
如图1和2中所示，袋状电池单元一般被构造为近似具有矩形六面体形。
然而，使用袋状电池单元的装置可能被构造为具有矩形六面体形以外的各种形状。所述装置甚至可以被构造为具有曲形。例如，智能手机的侧面可以被弯曲为更易握持，并且挠性显示装置可以发生弯曲或屈曲。也就是说，挠性显示装置可以被制造为具有各种形状。
然而，在被构造为具有矩形六面体形的电池单元或电池组被安装在被设计为具有上述弯曲部的装置或可以弯曲的装置中的情况下，可能会降低装置中的空间利用率。近年来，已经需要电池单元具有挠性，从而使得电池单元可以容易地安装在具有各种类型设计的装置中。
因此，极需如下技术：在解决以上问题的同时，即使电池发生变形，也能确保电池的安全性。
发明内容
技术问题
做出本发明以解决上述问题和尚待解决的其它问题。
作为用以解决上述问题的广泛而深入的研究和实验的结果，本申请的发明人已经发现，在电池单元被构造为：在电极组件的电极堆叠方向上的最上端和/或最下端处设置有被施加有包含惰性粒子的电极混合物的电极、或者设置有外表面上形成包含惰性粒子的覆层部的电极的情况下，即使当电池单元根据具有各种设计的装置而发生变形时，也可以确保电池单元的安全性。基于这些发现完成了本发明。
技术方案
以上和其它目标可以通过提供具有如下结构的电池单元实现，其中，利用惰性粒子来在电极组件的电极堆叠方向上的最上端电极和/或最下端电极的表面中形成凹凸结构，并且还可以通过惰性粒子在电池壳中形成凹凸结构，使得电池壳的表面积大于每个电极的表面积。因此，即使在电池单元的形状根据具有各种类型设计的装置而发生变形的情况下，也可以防止在电池壳上无意地形成皱纹。因此，可以有效地防止电池单元的介质击穿或者因电池壳受损引起的金属层外露而导致电解质从电池单元的泄露，从而确保电池单元的安全性。
根据本发明的一方面，提供一种电池单元，所述电池单元具有电极组件，在所述电极组件被电解质浸渍的状态下，所述电极组件被安装在可变电池壳中，所述电池单元被构造为：根据安装有所述电池单元的装置的形状，所述电池单元能够发生挠性变形，其中，所述电极组件的、位于电极堆叠方向上的最上端电极和/或最下端电极在其朝向所述电池壳的内表面的电极集电器上设置有包含惰性粒子的电极混合物，10～100％的所述惰性粒子分布在所述电极混合物的表面上，从而在所述电极混合物的竖直截面上的表面中形成有凹凸结构。
电池壳也可以具有凹凸结构，其通过包含在电极组件的最上端电极和/或最下端电极的电极混合物中的惰性粒子来形成。
在具体实施例中，可以将包含惰性粒子的电极混合物施加至电极组件的最上端电极或最下端电极的电极集电器上。可替代地，可以将包含惰性粒子的电极混合物施加至电极组件的最上端电极和最下端电极中的每个的电极集电器，以防止在电池壳上形成皱纹，由此，即使在电池单元沿相反方向发生挠性变形的情况下，也能够确保电池单元的安全性。
具有上述构造的最上端电极和最下端电极可以通过如下方式制造：将电极浆料施加至所述最上端电极或最下端电极的朝向所述电池壳的电极集电器，并对所述电极浆料进行干燥，所述电极浆料包括电极活性材料、粘合剂和惰性粒子。
包含在电极浆料中的惰性粒子需要分布在电极混合物的表面上，以使得在电极的外表面中形成凹凸结构。电极浆料可以具有500～40000cps的粘度，使得惰性粒子可以在一定程度上在电极浆料中移动。为了在施加惰性粒子之后使得惰性例子具有在电极的表面上浮动的移动性，优选使得惰性粒子的比重小于电极浆料的整体比重。具体地，惰性粒子的比重可以为电极浆料的整体比重的30～95％。
在电极浆料的粘度小于500cps的情况下，难以将电极浆料施加至电极集电器，因此这并不优选。另一方面，在电极浆料的粘度大于40000cps的情况下，惰性粒子难以在电极浆料中移动，导致惰性粒子难以在电极的表面上浮动，因此这也并非优选。
在惰性粒子的比重小于电极浆料的整体比重的30％的情况下，惰性粒子可能在电极浆料的表面上浮动，导致附着力降低，因此这并不优选。另一方面，在惰性粒子的比重大于电极浆料的整体比重的95％的情况下，大部分惰性粒子可能出现电极浆料中，导致难以在电池壳中充分形成凹凸结构，并且即使在电池壳中形成凹凸结构，也不能增加电池壳的表面积、以能够有效地防止在电池壳上形成皱纹，因此这也不优选。
可以使用各种方法降低惰性粒子的比重。具体地，可以适当地选择构成惰性粒子的材料，或者其中形成有孔的多孔粒子可以用作每个惰性粒子。
在每个最外侧电极中，大部分惰性粒子可以分布在电极混合物的表面上。如上所述，10～100％、特别地50～90％的惰性粒子可以分布在电极混合物的表面上，从而在电极混合物的竖直截面的表面中形成凹凸结构。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造具有上述构造的电池单元的方法，所述方法包括(a)向电极集电器的一个主表面施加包含惰性粒子的电极浆料，并且对所述包含惰性粒子的电极浆料进行干燥；以及向电极集电器的另一主表面施加不含惰性粒子的电极浆料，并且对所述不含惰性粒子的电极浆料进行干燥，从而制备一个或两个最外侧电极；(b)向电极集电器的彼此相反的主表面施加不含惰性粒子的电极浆料，并且对所述不含惰性粒子的电极浆料进行干燥，从而制备中间电极；(c)将所述最外侧电极设置在电极组件的最上端和/或最下端处，从而在所述中间电极被设置于电极组件的所述最上端和所述最下端之间或者在所述中间电极未被设置于电极组件的所述最上端和所述最下端之间以构成所述电极组件的状态下，使得每个所述最外侧电极的、包含所述惰性粒子的电极混合物朝向电池壳的内表面；和(d)将所述电极组件放置在可变电池壳的容纳部分中，并且挤压所述电池壳，从而使得所述电池壳与所述电极组件紧密接触。
所述电极组件仅由最外侧电极或由最外侧电极和中间电极构成。具体地，电极组件可以由最外侧电极和中间电极构成。
根据本发明的另一个方面，所述电池单元具有电极组件，在所述电极组件被电解质浸渍的状态下，所述电极组件被安装在可变电池壳中，所述电池单元被构造为：根据安装有所述电池单元的装置的形状，所述电池单元能够发生挠性变形，其中，所述电极组件的、位于电极堆叠方向上的最上端电极和/或最下端电极在其朝向所述电池壳的内表面的电极混合物层上设置有包含惰性粒子的覆层部，从而所述电池单元被构造为具有这样的结构：在最外侧电极(指的是“最上端电极”和/或“最下端电极”)的表面中形成有凹凸结构。
电池壳也可以具有凹凸结构，其通过在电极组件的最上端电极和/或最下端电极的电极混合物上形成的覆层部中所包含的惰性粒子来形成。
在具体的实施例中，包含惰性粒子的覆层部可以形成在电极组件的最上端电极或最下端电极上。或者，包含惰性粒子的覆层部可以形成在电极组件的最上端电极和最下端电极中的每个上，以防止在电池壳上形成皱纹，从而即使在电池单元沿着相反方向挠性变形的情况下，也确保电池单元的安全性。
另外，包含惰性粒子的覆层部可以部分地或全部地形成在电极混合物层上。具体地，包含惰性粒子的覆层部可以全部形成在电极混合物层上。在包含惰性粒子的覆层部部分地形成在电极混合物层上的情况下，电极组件的、形成有包含惰性粒子的覆层部的区域不受特别限制。例如，包含惰性粒子的覆层部可以形成在电极组件的可能形成多个皱纹的可弯曲部分上。
包含惰性粒子的覆层部的结构不受特别限制。包含惰性粒子的覆层部可以具有以下结构。
在一个实施例中，包含惰性粒子的覆层部可以为包含分散在电极混合物层上的惰性粒子的惰性粒子层。
在该情况下，覆层部仅由惰性粒子构成。惰性粒子规则或不规则地分散在电极混合物层上，使得在每个最外侧电极的、朝向电池壳的内表面的外表面中形成凹凸结构。
此时，可以通过包含在电极混合物层中的粘合剂将惰性粒子固定至电极混合物层。或者，粘合剂可以进一步涂覆在每个惰性粒子的表面上，使得惰性粒子可以进一步适当地固定至电极混合物层。
在另一个实施例中，包含惰性粒子的覆层部可以包括形成在电极混合物层上的粘合剂层和分散在粘合剂层上的惰性粒子。
也就是说，可以形成粘合剂层，然后可以将惰性粒子分散在粘合剂层上，以形成覆层部，使得惰性粒子可以适当地固定至电极混合物层，而不是如上文所述使用其上涂覆有粘合剂的惰性粒子。
粘合剂层的厚度可以小于每个惰性粒子的尺寸。在粘合剂层的厚度大于每个惰性粒子的尺寸的情况下，惰性粒子可能浸入或埋入粘合剂层，导致不能获得根据本发明的效果，即，通过在每个最外侧电极的外表面中形成凹凸结构，以及在电池壳的外表面中形成凹凸结构，使得电池壳的表面积大于各个电极的表面积，从而防止在电池壳上形成皱纹。
粘合剂层的厚度可以为各个惰性粒子的尺寸的10～95％。
在粘合剂层的厚度小于每个惰性粒子的尺寸的10％的情况下，惰性粒子可能无法适当地固定至电极混合物层，因此这不优选。另一方面，在粘合剂层的厚度大于每个惰性粒子的尺寸的95％的情况下，惰性粒子可能几乎埋入粘合剂层，导致难以在电池壳中形成凹凸结构，并且即使在电池壳中形成凹凸结构，也不能增加电池壳的表面积、以使得可以有效地防止在电池壳上形成皱纹，因此这也不优选。
如上所述，在粘合剂层的厚度小于每个惰性粒子的尺寸的情况下，可以不考虑惰性粒子的比重，而在每个最外侧电极的外表面中形成凹凸结构。
在进一步的实施例中，包含惰性粒子的覆层部可以为包含惰性粒子和粘合剂的混合物层。
也就是说，可以混合并且涂覆惰性粒子和粘合剂以形成覆层部，使得惰性粒子可以适当地固定至电极混合物层，而不是如上所述使用其上涂覆有粘合剂的惰性粒子或另外形成粘合剂层。
混合物层可以具有1～150微米的厚度。
在混合物层的厚度小于1微米的情况下，极少量的粘合剂施加至电极组件的至少一个外表面，导致难以将惰性粒子固定至电极组件的至少一个外表面，从而这不优选。另一方面，在混合物层的厚度大于150微米的情况下，材料使用过量，从而不够节约。另外，包含惰性粒子的覆层部的体积增加，导致电池单元的整体尺寸增加，从而空间效率降低，从而这也不优选。
另外，在包含惰性粒子的覆层部为包含惰性粒子和粘合剂的混合物层的情况下，惰性粒子必须位于混合物层的表面上，使得在每个最外侧电极的外表面中形成凹凸结构。因为这个原因，惰性粒子的比重优选小于混合物层的整体比重。具体地，惰性粒子的比重可以为混合物层的整体比重的30～90％。
在惰性粒子的比重小于混合物层的整体比重的30％的情况下，惰性粒子可能浮在包含粘合剂的混合物层上，导致附着力降低，因此这不优选。另一方面，在惰性粒子的比重大于混合物层的整体比重的90％的情况下，大部分惰性粒子可能埋入到包含粘合剂的混合物层中，导致难以在每个最外侧电极的外表面中充分形成凹凸结构，以在电池壳中形成凹凸结构，并且即使在电池壳中形成凹凸结构，也不能增加电池壳的表面积，以有效地防止在电池壳上形成皱纹，从而这不优选。
可以使用各种方法降低惰性粒子的比重，如适当地选择构成惰性粒子的材料的方法和使用其中形成有孔的多孔粒子作为每个惰性粒子的方法。
在覆层部的各种实施例中，与惰性粒子一起构成覆层部的粘合剂没有特别限制。与惰性粒子一起构成覆层部的粘合剂可以与用于形成电极的粘合剂相同。作为粘合剂的实例，可以使用聚偏二氟乙烯，聚乙烯醇，羧甲基纤维素(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)，磺化的EPDM，丁苯橡胶，氟橡胶，和各种共聚物。
根据本发明的另一个方面，提供一种制造具有上述构建的电池单元的方法，所述方法包括(a)向电极集电器施加电极混合物，并对所述电极混合物进行干燥，以制备多个电极；(b)从所制备的电极中选择一个或两个电极，并且在每个所选择的电极的电极混合物层的一个主表面上形成包含惰性粒子的覆层部；(c)将所述一个或两个电极设置在电极组件的最上端和/或最下端，使得所述覆层部朝向电池壳的内表面，从而构成所述电极组件，并且在每个所述电极混合物层的一个主表面上形成有所述包含惰性粒子的覆层部；和(d)将所述电极组件放置在可变电池壳的容纳部分中，并且挤压所述电池壳，从而使得所述电池壳与所述电极组件紧密接触。
不论上述结构怎样，每个惰性粒子的类型没有特别限制。在具体实施例中，每个惰性粒子可以为有机粒子和/或无机粒子中。具体地，每个惰性粒子可以为有机粒子。
有机粒子可以例如由聚合物或硅烷基化合物制成。作为聚合物的实例，可以使用PE，PP，PS，PVdF，PTFE，PET，PMMA，和PANdlf。作为硅烷系化合物的实例，可以使用六甲基二硅氮烷(HMDS)，三甲基氯硅烷(TMSCL)，聚二甲基硅氧烷(PDMS)，和二甲基二氯硅烷(DDS)。
有机粒子可以为选自SiO2、Al2O3、MgO、TiO2、ZrO2、CaO、Y2O3、和SrO中的一种或两种以上的混合物。
如前所述，在每个惰性粒子为无机粒子的情况下，因为无机粒子的比重大于电极浆料或粘合剂的整体比重，因此每个惰性粒子可以为其中形成有孔的多孔粒子。
另外，在一个具体实施例中，每个惰性粒子的形状没有特别限制，只要各个惰性粒子具有预定体积即可。例如，每个惰性粒子可以构造为球形、椭球形或多面体形。考虑到每个惰性粒子的形状和在施加或分散惰性粒子时的容易性，每个惰性粒子可以具有5～1000微米、具体地5～200微米的尺寸。
包含在电极混合物中的电极活性材料、粘合剂和导电剂在本发明涉及的技术领域中是公知的，因此将省略其详细说明。然而，当然，所有公知材料都包含在本发明的种类内。
同时，电池壳可以为由包含树脂层和金属层的层压片制成的袋状壳，使得电池壳具有挠性，以容易地安装在具有各种类型设计的装置中，并且具有与在最外侧电极中形成的凹凸结构一样的凹凸结构。
层压片可以为铝层压片。具体地，层压片可以具有如下结构：具有高耐久性的外部树脂层附着至金属阻挡层的一个主表面(外表面)上，并且具有高热粘合性质的树脂密封剂层附着至金属阻挡层的另一个主表面(内表面)。
外部树脂层需要对外部环境具有高耐受性。因此，外部树脂层需要具有超乎预期的抗张强度和耐气候性。因为这个原因，外部树脂层可以由例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或定向尼龙薄膜这样的聚合物树脂制成。
金属阻挡层除了需要具有防止如气体或水分这样的杂质进入或泄露的功能外，还需要具有增加电池壳强度的功能。为此，金属阻挡层可以由例如铝制成。
树脂密封剂层可以由聚烯烃树脂制成，所述聚烯烃树脂具有高热粘合性质(热胶粘性质)和抑制电解质的渗透所需的低吸湿性质，并且不会发生膨胀或被电解质侵蚀。更具体地，树脂密封剂层可以由流延聚丙烯(CPP)制成。
一般来讲，诸如聚丙烯这样的聚烯烃系树脂对金属具有低粘附力。因为这个原因，进一步在树脂密封剂层和金属阻挡层之间设置粘附层，以提高在树脂密封剂层和金属阻挡层之间的粘附力，并且提高阻挡特性。粘附层可以例如由尿烷、亚克力(acryl)或热塑性弹性体制成，然而，粘附层的材料没有限制。
另外，在电极组件被电解质浸渍的状态下安装于可变电池壳中的电极组件的结构没有特别限制，只要多个电极极耳被连接以构成电极组件的正极和负极即可。电极组件可以具有这样的结构：最外侧电极的结构不同于其它电极。具体地，电极组件可以为：堆叠型电极组件，其被构造为具有如下结构：在正极和负极之间分别设置有分隔件的状态下，所述正极和负极顺序堆叠，并且每个所述正极和负极具有预定尺寸；堆叠/折叠型电极组件，其被构造为具有如下结构：在正极和负极之间分别设置有分隔件的状态下，所述正极和负极顺序堆叠，以构成双电池或全电池、然后所述双电池或全电池利用隔离膜而被折叠，每个所述正极和负极具有预定尺寸；或层压/堆叠型电极组件，其被构造为具有如下结构：在双电池或全电池之间分别设置有分隔件的状态下，所述双电池或全电池被堆叠。
双电池可以具有如下堆叠结构：具有相同极性的电极位于电池的相反两侧。例如，双电池可以为包含正极、分隔件、负极、分隔件和正极的电池或包含负极、分隔件、正极、分隔件和负极的电池。全电池可以具有如下的堆叠结构：具有不同极性的电池位于电池的相反两侧。例如，全电池可以为包含正极、分隔件、和负极的电池。
如上所述，在朝向电池壳的内表面的最外侧电极中的每个上形成根据本发明的包含惰性粒子的电极混合物或覆层部。因此，当电极组件置于可变电池壳的容纳部中、并且挤压电池壳以使电池壳与电极组件紧密接触时，在电池壳中也形成与电极组件中形成的凹凸结构相同的凹凸结构。结果，电池壳的表面积大于每个电极的表面积。因此，即使在电池单元的形状根据具有不同类型设计的装置而发生变形的情况下，也可以最大程度地防止在电池壳上无意形成皱纹。
根据本发明的其它方面，提供包含两个或更多个具有上述结构的电池单元的电池模块和包含电池模块的电池组。
根据本发明的另一个方面，提供包括作为电源的、所述电池组的装置。所述装置选自移动电话，便携式计算机，智能电话，平板电脑，智能平板，上网本计算机，轻型电动车辆(LEV)，电动车辆，混合动力电动车辆，插电式混合动力电动车辆和蓄电装置。
所述装置的结构和制造方法在本发明所涉及技术领域中是已知的，因此将省略其详细说明。
附图说明
根据下述说明及附图，可以更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1和2为示出常规代表性袋状二次电池的分解立体图；
图3为示出根据本发明实施方式的电池单元的平面图；
图4为典型地示出根据图3的电池单元的实施方式的电池单元的内部结构的侧面图；
图5为典型地示出根据图3的电池单元的另一实施方式的电池单元的内部结构的侧面图；
图6为典型地示出根据本发明的另一实施方式的电池单元的内部结构的侧面图；
图7为典型地示出根据本发明的另一实施方式的电池单元的内部结构的侧面图；和
图8为典型地示出根据本发明的另一实施方式的电池单元的内部结构的侧面图。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。然而应该注意，本发明的范围不限于所示实施方式。
图3为示出根据本发明实施方式的电池单元100的平面图，图4为典型地示出根据图3的电池单元100的实施方式的电池单元100的内部结构的侧面图。
参照这些附图，根据本发明的电池单元100被构造为具有如下结构：电极组件110包括正极111、负极112和分别置于所述正极111和所述负极112之间的分隔件113，并且在利用电解质来浸渍所述电极组件110的状态下，所述电极组件110被安装在所述袋状壳120中，并且电极组件110的、位于电极堆叠方向上的最上端电极和最下端电极设置有电极混合物130，所述电极混合物130朝向袋状壳120的内表面，并且每个所述电极混合物130包含惰性粒子131。
如图4中所示，大部分惰性粒子131分散在电极混合物130的表面上。因此，当电极组件110(其被构造为使得包含惰性粒子131的电极混合物130朝向袋状壳120的内表面)被安装在袋状壳120中、并且袋状壳120被按压为使其与电极组件110紧密接触时，在袋状壳120中形成凹凸结构150，如图3中所示。
图5为典型地示出根据图3的电池单元100的另一实施方式的电池单元100’的内部结构的侧面图。
参照图5和图3，根据本发明的电池单元100’被构造为具有如下结构：电极组件110’包括正极111’、负极112’和分别置于所述正极111’和所述负极112’之间的分隔件113’，并且在利用电解质来浸渍所述电极组件110’的状态下，所述电极组件110’被安装在袋状壳120’中，并且电极组件110’的、位于电极堆叠方向上的最上端电极和最下端电极在其朝向袋状壳120’的内表面的电极混合物层(下文称为“最外侧电极混合物层”)上设置有覆层部130’，每个覆层部130’均包含惰性粒子131’。
每个均包含惰性粒子131’的覆层部130’形成在电极组件110’的最外侧电极混合物层上，从而惰性粒子131’分散在电极组件110’的最外侧电极混合物层上。
惰性粒子131’可以通过各个最外侧电极混合物层中所含的粘合剂固定至最外侧电极混合物层。虽然未示出，但是粘合剂(未示出)可以进一步涂覆在各个惰性粒子131’的表面上，从而在所述惰性粒子131’分散在最外侧电极混合物层上的状态下，惰性粒子131’可以被进一步适当地固定至最外侧电极混合物层。
因为惰性粒子131’规则地或不规则地分散在电极组件110’的最外侧电极混合物层上，所以在电极组件110的最外侧电极混合物层中形成凹凸结构。因此，当电极组件110’被安装在袋状壳120’中，然后袋状壳120被挤压为’与电极组件110’紧密接触时，在袋状壳120中形成凹凸结构150，如图3中所示。
与图5相对应的图6和7为典型地示出根据本发明其它实施方式的电池单元200和300的侧面图。
首先参照图6，与图5中示出的方式相同，电极组件210包括正极211、负极212和分别置于所述正极211和所述负极212之间的分隔件213。另外，覆层部230形成在电极堆叠方向上的最外侧电极混合物层上，每个所述覆层部都包含惰性粒子231。
然而，与图5所示结构不同的是，每个包含惰性粒子231的覆层部230均包括粘合剂层232和惰性粒子231，所述粘合剂层232形成在对应的一个电极混合物层上，所述惰性粒子分散在粘合剂层232上。
也就是说，与图5所示结构相比，惰性粒子231并不直接分散在最外侧电极混合物层上，而是，粘合剂层232形成在对应的一个最外侧电极混合物层上，然后惰性粒子231分散在粘合剂层232上，以形成各个覆层部230，从而使得惰性粒子231可以适当地固定至最外侧电极混合物层。
粘合剂层232的厚度小于惰性粒子231的尺寸。因此，不论惰性粒子231的比重是多少，都能够防止惰性粒子231浸入到粘合剂层232中或被埋入粘合剂层232中。因此，可以在最外侧电极的外表面中形成凹凸结构，从而所述凹凸结构也可以形成在安装有电极组件的袋状壳220的外表面中。
同时，参照图7，与图5所示方式相同，电极组件310包括正极311、负极312和分别置于所述正极311和所述负极312之间的分隔件313。另外，每个包含惰性粒子331的覆层部330均形成在电极堆叠方向上的最外侧电极混合物层上。
然而，与图5和6所示结构不同的是，每个包含惰性粒子331的覆层部330都包括混合物层，所述混合物层包含惰性粒子331和粘合剂332。
也就是说，与前文所述不同，这里不使用其上覆盖有粘合剂的惰性粒子或另外形成粘合剂层，而是采用如下方案：混合惰性粒子331和粘合剂332被固定为形成每个覆层部330，从而惰性粒子331可以被适当地固定至对应的一个最外侧电极混合物层。
为了在最外侧电极的外表面和安装有电极组件的袋状壳320的外表面中形成凹凸结构，惰性粒子331的比重低于混合物的比重。结果，惰性粒子331位于混合物层的表面。
图8是典型地示出根据本发明另一实施方式的电池单元400的侧面图。图8所示电池单元与图6所示电池单元的不同之处在于：每个含有惰性粒子431的覆层部430都是部分地形成。
参照图8，图7所示电池单元400与图5所示电池单元200的相同之处在于：每个含有惰性粒子431的覆层部430都包括形成在对应的一个最外侧电极混合物层上的粘合剂层432和分散在粘合剂层432上的惰性粒子431。然而，图7所示电池单元400和图6所示电池单元200的不同之处在于：每个包含惰性粒子431的覆层部430在最外侧电极混合物层的中部上部分地形成。
当然，在该情况下，虽然未示出，但是凹凸结构仅在安装有电极组件的袋状壳420的、对应于每个都包含惰性粒子431的覆层部430的区域中。
如上参照附图所述，根据本发明的电池单元被构造为具有如下结构：利用惰性粒子在最上端电极和最下端电极的外表面中形成凹凸结构，并且所述凹凸结构还形成在可变电池壳的外表面中，使得电池壳的表面积大于各个电极的表面积。因此，即使在电池单元的形状根据具有各种类型设计的装置而变形的情况下，也仅是凹凸结构发生变形，从而可以防止电池壳上无意地形成皱纹。因此，可以有效地防止电池单元发生介质击穿，或者防止由于电池壳受损所引起的金属层外露而导致电解质从电池单元泄露，从而确保电池单元的安全性。
虽然为了说明目的而公开了本发明的优选实施方式，但是本领域技术人员应理解，在不背离如权利要求所公开的本发明范围和主旨的情况下，可以进行各种修改、添加和替代。
工业应用性
从上述说明可以清楚看到，根据本发明的电池单元能够根据安装有该电池单元的装置的形状而发生挠性变形，所述电池单元被构造为：在电极组件的朝向电池壳的内表面的最上端和/或最下端处设置有如下电极：所述电极具有施加至电极集电器的包含惰性粒子的电极混合物，或者，所述电极具有形成在电极混合物层上的包含惰性粒子的覆层部。因此，即使在电池单元的形状根据具有各种类型的设计的装置而变形的情况下，也可以防止在电池壳上无意地形成皱纹。因此，可以有效地防止电池单元发生介质击穿，或者防止由于电池壳受损所引起的金属层外露而导致电解质从电池单元泄露，从而确保电池单元的安全性。

Claims (32)

1.一种电池单元，所述电池单元具有电极组件，在所述电极组件被电解质浸渍的状态下，所述电极组件被安装在可变电池壳中，所述电池单元被构造为：根据安装有所述电池单元的装置的形状，所述电池单元能够发生挠性变形，其特征在于，
所述电极组件的、位于电极堆叠方向上的最上端电极和/或最下端电极在其朝向所述电池壳的内表面的电极集电器上设置有包含惰性粒子的电极混合物，10～100％的所述惰性粒子分布在所述电极混合物的表面上，从而在所述电极混合物的竖直截面的表面上形成有凹凸结构。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述包含惰性粒子的电极混合物被施加至所述电极组件的所述最上端电极和所述最下端电极中的每个的所述电极集电器。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述最上端电极或最下端电极以下述方法来制得：将电极浆料施加至所述最上端电极或最下端电极的朝向所述电池壳的电极集电器，并对所述电极浆料进行干燥，所述电极浆料包括电极活性材料、粘合剂和惰性粒子。
4.根据权利要求3所述的电池单元，其中，所述电极浆料的粘度为500～40000cps。
5.根据权利要求3所述的电池单元，其中，所述惰性粒子的比重为所述电极浆料的整体比重的30～95％。
6.根据权利要求1所述的电池单元，其中，每个所述惰性粒子为其中形成有孔的多孔粒子。
7.根据权利要求1所述的电池单元，其中，50～90％的所述惰性粒子分散在所述电极混合物的表面上，从而在所述电极混合物的竖直截面的表面上形成有所述凹凸结构。
8.一种电池单元，所述电池单元具有电极组件，在所述电极组件被电解质浸渍的状态下，所述电极组件被安装在可变电池壳中，所述电池单元被构造为：根据安装有所述电池单元的装置的形状，所述电池单元能够发生挠性变形，其特征在于，
所述电极组件的、位于电极堆叠方向上的最上端电极和/或最下端电极在其朝向所述电池壳的内表面的电极混合物层上设置有包含惰性粒子的覆层部。
9.根据权利要求8所述的电池单元，其中，所述包含惰性粒子的覆层部形成在所述电极组件的所述最上端电极和所述最下端电极中的每个上。
10.根据权利要求8所述的电池单元，其中，所述包含惰性粒子的覆层部部分地或全部地形成在所述电极混合物层上。
11.根据权利要求8所述的电池单元，其中，所述包含惰性粒子的覆层部为包含分散在所述电极混合物层上的惰性粒子的惰性粒子层。
12.根据权利要求8所述的电池单元，其中，所述包含惰性粒子的覆层部包括形成在所述电极混合物层上的粘合剂层和散布在所述粘合剂层上的惰性粒子。
13.根据权利要求12所述的电池单元，其中，所述粘合剂层的厚度小于每个所述惰性粒子的尺寸。
14.根据权利要求13所述的电池单元，其中，所述粘合剂层的厚度为每个所述惰性粒子的尺寸的10～95％。
15.根据权利要求8所述的电池单元，其中，所述包含惰性粒子的覆层部为包括惰性粒子和粘合剂的混合物层。
16.根据权利要求15所述的电池单元，其中，所述混合物层的厚度为1～150微米。
17.根据权利要求15所述的电池单元，其中，所述惰性粒子的比重为所述覆层部的整体比重的30～90％。
18.根据权利要求8所述的电池单元，其中，每个所述惰性粒子为其中形成有孔的多孔粒子。
19.根据权利要求1或8所述的电池单元，其中，每个所述惰性粒子为有机粒子和/或无机粒子。
20.根据权利要求19所述的电池单元，其中，每个所述惰性粒子为有机粒子。
21.根据权利要求19所述的电池单元，其中，所述有机粒子由聚合物或硅烷基化合物制成。
22.根据权利要求19所述的电池单元，其中，所述无机粒子为选自SiO2、Al2O3、MgO、TiO2、ZrO2、CaO、Y2O3和SrO中的一种或两种以上的混合物。
23.根据权利要求1或8所述的电池单元，其中，每个所述惰性粒子的尺寸为5～1000微米。
24.根据权利要求1或8所述的电池单元，其中，每个所述惰性粒子被构造为球形、椭球形或多面体形。
25.根据权利要求1或8所述的电池单元，其中，所述电池壳为由包含树脂层和金属层的层压片来制成的袋状壳。
26.根据权利要求1或8所述的电池单元，其中，所述电池壳具有由所述惰性粒子形成的凹凸结构。
27.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电极组件为：
-堆叠型电极组件，其被构造为具有如下结构：在正极和负极之间分别设置有分隔件的状态下，所述正极和负极顺序堆叠，并且每个所述正极和负极具有预定尺寸；
-堆叠/折叠型电极组件，其被构造为具有如下结构：在正极和负极之间分别设置有分隔件的状态下，所述正极和负极顺序堆叠，以构成双电池或全电池、然后所述双电池或全电池利用隔离膜而被折叠，每个所述正极和负极具有预定尺寸；或
-层压/堆叠型电极组件，其被构造为具有如下结构：在双电池或全电池之间分别设置有分隔件的状态下，所述双电池或全电池被堆叠。
28.一种制造根据权利要求1所述的电池单元的方法，其特征在于，所述方法包括：
(a)向电极集电器的一个主表面施加包含惰性粒子的电极浆料，并且对所述包含惰性粒子的电极浆料进行干燥；以及向电极集电器的另一主表面施加不含惰性粒子的电极浆料，并且对所述不含惰性粒子的电极浆料进行干燥，从而制备一个或两个最外侧电极；
(b)向电极集电器的彼此相反的主表面施加不含惰性粒子的电极浆料，并且对所述不含惰性粒子的电极浆料进行干燥，从而制备中间电极；
(c)将所述最外侧电极设置在电极组件的最上端和/或最下端处，从而在所述中间电极被设置于电极组件的所述最上端和所述最下端之间或者在所述中间电极未被设置于电极组件的所述最上端和所述最下端之间以构成所述电极组件的状态下，使得每个所述最外侧电极的、包含所述惰性粒子的电极混合物朝向电池壳的内表面；和
(d)将所述电极组件放置在可变电池壳的容纳部中，并且挤压所述电池壳，以使得所述电池壳与所述电极组件紧密接触。
29.根据权利要求28所述的方法，其中，所述电极组件由所述最外侧电极和所述中间电极构造。
30.一种制造根据权利要求8所述的电池单元的方法，其特征在于，所述方法包含：
(a)向电极集电器施加电极混合物，并对所述电极混合物进行干燥，以制备多个电极；
(b)从所制备的电极中选择一个或两个电极，并且在每个所选择的电极的电极混合物层的一个主表面上形成包含惰性粒子的覆层部；
(c)将所述一个或两个电极设置在电极组件的最上端和/或最下端，使得所述覆层部朝向电池壳的内表面，从而构成所述电极组件，并且在每个所述电极混合物层的一个主表面上形成有所述包含惰性粒子的覆层部；和
(d)将所述电极组件放置在可变电池壳的容纳部中，并且挤压所述电池壳，以使得所述电池壳与所述电极组件紧密接触。
31.一种电池组，其包括两个或更多个根据权利要求1或8所述的电池单元。
32.一种装置，其包括作为电源的、根据权利要求31所述的电池组。
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