CN114846662A - 电极组件及其制造方法和二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电极组件，在所述电极组件中第一电极和第二电极夹着隔膜交替堆叠，其中，所述第一电极包括具有不同厚度的电极活性材料层的1a电极和1b电极。

Description

电极组件及其制造方法和二次电池

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年5月22日提交的韩国专利申请10-2020-0061375的优先权，其全部内容通过引用结合于此。

技术领域

本发明涉及能够同时满足能量密度和输出性能的电极组件、其制造方法和二次电池。

背景技术

通常，与不可充电的一次电池不同，二次电池是指可充电和可放电的电池。二次电池广泛用于高科技电子领域，例如移动电话、笔记本电脑和便携式摄像机。

这种二次电池包括电极组件和容纳电极组件的袋，在电极组件中电极和隔膜交替堆叠。

因为使EV的二次电池的能量密度最大化是重要的，所以大多数电极被设计为具有高负载。此外，重要的是改进HEV的二次电池的输出性能，电极被设计成具有低负载。

这里，由于二次电池的使用增加，需要能够满足两种相反特性(即，能量密度和输出)的新技术。

发明公开

技术问题

本发明是为了解决上述问题而发明的，并且本发明的一个目的是提供一种能够同时满足能量密度和输出的电极组件、其制造方法以及二次电池。

技术方案

为了实现上述目的，本发明提供一种电极组件，在所述电极组件中第一电极和第二电极夹着隔膜交替堆叠，其中，所述第一电极包括其中的电极活性材料层具有彼此不同的厚度的1a电极和1b电极。

所述1a电极的电极活性材料层和所述1b电极的电极活性材料层可以具有相同的面积，并且所述1a电极的电极活性材料层可以设置为比所述1b电极的电极活性材料层厚。

所述1a电极可以以大于所述1b电极的数量堆叠。

所述1a电极和所述1b电极可以分别包括1a电极接头和1b电极接头，并且所述1a电极接头和所述1b电极接头可以具有不同的宽度。

所述1b电极接头的宽度可以大于所述1a电极接头的宽度。

所述电极组件还可以包括电极引线，所述电极引线包括第一电极引线和第二电极引线，所述第一电极引线与所述1b电极接头和所述1a电极接头结合，所述第二电极引线与所述第二电极的第二电极接头结合。

所述1b电极接头和所述1a电极接头可以被结合到所述第一电极引线的一侧和另一侧而不彼此接触。

所述第一电极可以进一步包括1c电极，所述1c电极具有与所述1a电极和所述1b电极中的每一者相同的面积并且具有厚度与所述1a电极和所述1b电极中的每一者的电极活性材料层的厚度不同的电极活性材料层，并且所述1c电极的电极活性材料层的厚度可以小于所述1b电极的电极活性材料层的厚度。

所述1c电极可以包括1c电极接头，并且所述1c电极接头的宽度可以大于所述1b电极接头的宽度。

根据本发明的用于制造电极组件的方法包括：第一电极制造步骤(S10)，在所述第一电极制造步骤中制造第一电极，所述第一电极包括其中的电极活性材料层具有不同的厚度的1a电极和1b电极；以及电极组件制造步骤(S20)，在所述电极组件制造步骤中夹着隔膜交替堆叠第二电极和所述第一电极的1a电极或1b电极，以制造电极组件。

所述第一电极制造步骤可以包括：制备具有相同面积的多个集流器的工序；以及通过改变每个集流器的表面上的电极活性材料的加载量来制造其中的电极活性材料层具有相同面积和不同厚度的1a电极和1b电极的工序，其中，所述1a电极的电极活性材料的加载量可以比所述1b电极的电极活性材料的加载量增加，以制造厚度比所述1b电极的电极活性材料层大的电极活性材料层，并且其中，所述1b电极的电极活性材料的加载量可以比1a电极的电极活性材料的加载量减少，以制造厚度比所述1a电极的电极活性材料层小的电极活性材料层。

在所述第一电极制造步骤中，可以切割所述1a电极和所述1b电极的不存在电极活性材料的非涂覆部分，以制造1a电极接头和1b电极接头，其中，所述1b电极接头的宽度可以大于所述1a电极接头的宽度。

在所述电极组件制造步骤(S20)中，所述第一电极可以设置成使得所述1b电极以少于所述1a电极的数量堆叠。

在所述电极组件制造步骤(S20)之后，所述方法还可以包括电极引线结合步骤(S30)，在所述电极引线结合步骤中将所述1a电极接头和所述1b电极接头结合到第一电极引线，并且将所述第二电极的第二电极接头结合到第二电极引线，其中，所述1a电极接头和所述1b电极接头可以结合到所述第一电极引线的一侧和另一侧而不彼此接触。

根据本发明的二次电池包括：电极组件；以及壳体，其构造成容纳所述电极组件。

有利效果

在根据本发明的电极组件中，第一电极和第二电极可以夹着隔膜堆叠。第一电极可以包括其中的电极活性材料层具有彼此不同的厚度的1a电极和1b电极。由于上述特性，可以获得既能满足能量密度又能满足输出的电极组件。

此外，在根据本发明的电极组件中，1a电极的电极活性材料层和1b电极的电极活性材料层可以具有相同的面积，并且1a电极的电极活性材料层可以设置为比1b电极的电极活性材料层更厚。也就是说，能量密度可以通过电极活性材料层具有厚的厚度的1a电极增加，并且输出性能可以通过具有薄的厚度的1b电极改善。因此，根据本发明的电极组件可以同时满足能量密度和输出性能。

此外，在根据本发明的电极组件中，与1b电极相比，堆叠了数量更多的1a电极。由于上述特性，能够充分确保能量密度。

此外，在根据本发明的电极组件中，1a电极和1b电极可以分别包括1a电极接头和1b电极接头。1a电极接头和1b电极接头可以具有不同的宽度。特别地，1b电极接头的宽度可以大于1a电极接头的宽度。由于上述特性，可引起大量电流流过1b电极接头，从而可稳定地提高电极组件的输出性能。

附图说明

图1是根据本发明第一实施方式的电极组件的立体图。

图2是根据本发明第一实施方式的电极组件的前视图。

图3是根据本发明第一实施方式的电极组件的平面图。

图4是示出根据本发明第一实施方式的电极组件中的第一电极的1a电极的平面图。

图5是示出根据本发明第一实施方式的电极组件中的第一电极的1b电极的平面图。

图6是根据本发明第一实施方式的电极组件中的第二电极的平面图。

图7是示出根据本发明第一实施方式的电极组件中的第一电极的1a电极和1b电极的前视图。

图8是示出在根据本发明第一实施方式的电极组件中设置电极引线的状态的平面图。

图9是示出用于制造根据本发明第一实施方式的电极组件的方法的流程图。

图10是根据本发明第二实施方式的电极组件的分解立体图。

图11是根据本发明第二实施方式的电极组件的平面图。

图12是根据本发明第三实施方式的二次电池的截面图。

图13是示出根据本发明的实验例的图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图以本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实现本发明的技术思想的方式详细描述本发明的实施方式。然而，本发明可以以不同的形式实施，并且不应该被解释为限于这里阐述的实施方式。在附图中，为了清楚起见，将省略对描述本发明不必要的任何内容，并且附图中相同的附图标记表示相同的元件。

[根据本发明的第一实施方式的电极组件]

如图1至图8所示，根据本发明的第一实施方式的电极组件100具有第一电极110和第二电极120夹着隔膜130交替堆叠的结构。

这里，第一电极110包括其中的电极活性材料层具有彼此不同的厚度的1a电极111和1b电极112。即，由于电极活性材料层之间的厚度差异，1a电极111和1b电极112可以设置为具有高能量密度的电极和具有高输出性能的电极。结果，当电极组件包括1a电极111和1b电极112时，可以提高能量密度和输出性能。

这里，在第一电极110中，1a电极111的电极活性材料层和1b电极112的电极活性材料层具有相同的面积，并且1a电极111的电极活性材料层的厚度大于1b电极112的电极活性材料层的厚度。因此，由于1a电极111的电极活性材料层的厚度大于1b电极112的电极活性材料层的厚度，所以1a电极111的能量密度大于1b电极的能量密度。而且，由于1b电极112的电极活性材料层的厚度小于1a电极111的电极活性材料层的厚度，所以1b电极112的输出性能可以大于1a电极111的输出性能。因此，通过改变1a电极111的电极活性材料层的厚度和1b电极112的电极活性材料层的厚度，可以同时获得能量密度和输出性能。

例如，参照图7，1a电极111包括集流器111a和施加在集流器111a的表面上的电极活性材料层111b。1b电极112包括集流器112a和施加在集流器112a表面上的电极活性材料层112b。1a电极111的集流器111a和1b电极112的集流器112a具有相同的材料、尺寸和厚度。1a电极111的电极活性材料层111b和1b电极112的电极活性材料层112b具有相同的面积和材料。

这里，1a电极111的电极活性材料层的厚度α大于1b电极112的电极活性材料层的厚度β。因此，1a电极111的能量密度大于1b电极的能量密度，并且1b电极112的输出性能得到改善。

当堆叠具有1a电极和1b电极的第一电极110和第二电极120时，1a电极111的数量可以大于1b电极112的数量。即，因为最大化用于EV的电池的能量密度是重要的，所以堆叠与1b电极112的数量相比具有高能量密度的大量1a电极111。因此，可以确保输出性能，并且也可以最大程度地增加能量密度。

例如，当制造其中堆叠25片第一电极110和25片第二电极120以制造电极组件的电极组件时，可堆叠22片1a电极111和3片1b电极112以充分确保能量密度。

因此，根据本发明第一实施方式的电极组件100包括具有高能量密度的1a电极111和具有高输出性能的1b电极112，因此，可以同时获得能量密度和输出性能。

在根据本发明第一实施方式的电极组件100中，1a电极111和1b电极112分别包括1a电极接头111c和1b电极接头112c。这里，1a电极接头111c和1b电极接头112c具有不同的宽度，因此，可以有意地调整电极之间的电阻差。即，1b电极112的1b电极接头112c具有与1a电极111的1a电极接头111c相同的长度和大于1a电极111的1a电极接头111c的宽度。因此，可以诱使大量电流优先流过具有高输出性能的1b电极接头112c，并且可以诱使少量电流到具有高能量密度的1a电极接头111c。

因此，可以不同地施加1a电极接头111c和1b电极接头112c的宽度，使得大量电流被诱使流到1b电极112，结果可以稳定地提高1b电极112的输出性能。特别地，由于流过1b电极接头112c的电流被大量分散，所以在1b电极接头112c中产生的电阻可以被显著减小。

根据本发明第一实施方式的电极组件100包括电极引线130，并且电极引线130包括第一电极引线131和第二电极引线132，第一电极引线131与1a电极111的1a电极接头111c和1b电极接头112c结合，第二电极引线132与第二电极120的第二电极接头121结合。

这里，在第一电极接头111c和第一电极接头112c彼此分离使得电流流动的状态下，电极引线130结合到第一电极引线131。即，1a电极接头111c结合到第一电极引线131的一侧，并且1b电极接头112c结合到第一电极引线131的另一侧。因此，由于1a电极接头111c和1b电极接头112c彼此不接触，所以电流可以流到1a电极接头111c和1b电极接头112c中的每一者，并且因此，引起大量电流流到1b电极112。

第一电极110是负电极，第二电极120是正电极。

根据本发明第一实施方式的具有上述结构的电极组件100可以同时满足输出性能和能量密度，结果，可以显著提高电极组件的效率和可用性。

在下文中，将描述用于制造根据本发明第一实施方式的电极组件的方法。

[根据本发明的第一实施方式的用于制造电极组件的方法]

如图9所示，根据本发明第一实施方式的电极组件100包括：第一电极制造步骤(S10)，其制造第一电极110，第一电极110包括其中的电极活性材料层具有彼此不同的厚度的1a电极111和1b电极112；电极组件制造步骤(S20)，其夹着隔膜130交替堆叠第二电极120和第一电极110的1a电极111或1b电极112，以制造电极组件100；以及电极引线结合步骤(S30)，其将电极引线130结合到第一电极和第二电极。

第一电极制造步骤

执行第一电极制造步骤(S10)以制造其中的电极活性材料层具有彼此不同的厚度的1a电极和1b电极，并且包括制备具有相同面积的多个集流器的工序以及通过改变每个集流器的表面上的电极活性材料的加载量来制造其中的电极活性材料层具有相同的面积和不同的厚度的1a电极111和1b电极112的工序。

与1b电极112的电极活性材料的加载量相比，1a电极111的电极活性材料的加载量增加，以制造厚度大于1b电极112的电极活性材料层。

例如，在集流器的表面上加载电极活性材料至第一厚度α以制造其中的电极活性材料层具有第一厚度α的1a电极111。

与1a电极111的电极活性材料的加载量相比，1b电极112的电极活性材料的加载量减少，以制造厚度小于1a电极111的电极活性材料层。

例如，在集流器的表面上加载电极活性材料至比第一厚度α小的第二厚度β以制造其中的电极活性材料层具有第二厚度β的1b电极112。

这里，由于1a电极111中的电极活性材料的加载量大于1b电极112中的电极活性材料的加载量，所以能量密度高，并且由于1b电极112中的电极活性材料的加载量小于1a电极111中的电极活性材料的加载量，所以输出性能高。

另一方面，如果堆叠25片第一电极和25片第二电极以制造电极组件，则制造22片1a电极和3片1b电极。

第一电极制造步骤(S10)还包括电极接头制造工序。在电极接头制造工序中，切割1a电极111和1b电极112的不存在电极活性材料的非涂覆部分，以制造1a电极接头111c和1b电极接头112c。

这里，为了诱使大量电流优先流向具有高输出性能的1b电极112的1b电极接头112c，1b电极接头112c的宽度大于1a电极接头111c的宽度。

电极组件制造步骤

在为制造电极组件而执行的电极组件制造步骤(S20)中，第二电极120和第一电极110夹着隔膜130交替地堆叠以制造电极组件100。这里，1a电极111或1b电极112堆叠在第一电极110堆叠的部分上。也就是说，如果需要增加能量密度，则1a电极111以比1b电极112大的数量堆叠，并且如果需要显著增加输出性能，则1b电极112以比1a电极111大的数量堆叠。

因此，可以制造能量密度大于输出性能的电极组件或输出性能大于能量密度的电极组件。特别地，如果调节堆叠在电极组件上的1a电极111和1b电极112的数量，则可以制造其中更有效地调节能量密度和输出性能的电极组件。

具体地，在电极组件制造步骤(S20)中，1b电极112以比1a电极111小的数量堆叠。也就是说，由于电极组件的能量密度比电极组件的输出性能更重要，1a电极111比1b电极112堆叠得更多，因此电极组件的能量密度可以被充分地保证。

例如，参考图1，在电极组件制造步骤(S20)中，提供一个或多个基本单元。这里，每个基本单元具有12层结构，其中第二电极120、隔膜130、1a电极111、隔膜130、第二电极120、隔膜130、1a电极111、隔膜、第二电极120、隔膜130、1b电极112和隔膜沿垂直方向顺序堆叠。

在电极组件制造步骤(S20)之后，执行电极引线结合步骤(S30)。

电极引线结合步骤

在电极引线结合步骤(S30)中，第一电极接头111c和第一电极接头112c结合到第一电极引线131，第二电极接头121结合到第二电极引线132。

这里，在电极引线结合步骤(S30)中，1a电极接头111c和1b电极接头112c分别结合到第一电极引线131的一侧和另一侧而不彼此接触。

当如上所述完成电极引线结合步骤(S30)时，可以制造成品电极组件100。特别地，可以制造具有高能量密度和输出性能的成品电极组件100。

在下文中，在对本发明的另一实施方式的描述中，与上述实施方式具有相同功能的部件在附图中具有相同的附图标记，因此将省略重复的描述。

[根据本发明的第二实施方式的电极组件]

如图10至图11所示，根据本发明的第二实施方式的电极组件100具有第一电极110和第二电极120夹着隔膜130交替地堆叠的结构。而且，第一电极110包括1a电极111和1b电极112。

这里，第一电极110还包括1c电极113，其具有与1a电极111和1b电极112中的每一者相同的面积，并具有厚度与1a电极111和1b电极112中的每一者的厚度不同的电极活性材料层。

特别地，1c电极113具有厚度小于1b电极112的厚度的电极活性材料层，因此与1b电极112相比可以显著改善输出性能。

即，在根据本发明第二实施方式的电极组件100中，如果第一电极110以电极活性材料层的厚度的顺序布置，则顺序变为1a电极111>1b电极112>1c电极113。

1c电极113包括1c电极接头113c，并且1c电极接头113c的宽度大于1b电极接头112c的宽度。因此，1c电极113可以诱使电流优先于1b电极112流动，因此输出性能可以提高到高于1b电极112的输出性能。

因此，根据本发明第二实施方式的电极组件100包括设置有第三电极接头113c的第三电极113。由于上述特性，可以进一步细分能量密度和输出性能。

[根据本发明的第三实施方式的二次电池组]

如图12所示，根据本发明第三实施方式的二次电池10包括电极组件100和容纳电极组件100的壳体200。

这里，电极组件100具有与根据前述第一实施方式的电极组件100相同的构造，因此，将省略对其的重复描述。

因此，根据本发明第三实施方式的二次电池10可以获得能量密度和输出性能两者，并且结果可以改善电池性能。

[实验例]

制造例

在制造例中，制备包括电极组件的二次电池，在该电极组件中第一电极和第二电极夹着隔膜交替堆叠。这里，第一电极包括其中的电极活性材料层具有不同的厚度的1a电极和1b电极，并且特别地，1a电极的电极活性材料层的厚度大于1b电极的电极活性材料层的厚度。即，在制造例中，制备包括其中的电极活性材料层具有不同的厚度的两种类型的第一电极的二次电池，。

在制造例中，电极组件具有与根据本申请的第一实施方式的电极组件相同的结构。

在向具有根据制造例的上述结构的二次电池施加电压之后，测量输出性能。

对比例

在对比例中，制备包括电极组件的二次电池，在该电极组件中第一电极和第二电极夹着隔膜交替堆叠。即，在对比例中，制备包括其中的电极活性材料层具有相同的厚度的一种类型的第一电极的二次电池，。

在向根据对比例的具有上述结构的二次电池施加电压之后，测量输出性能。

实验结果

作为制造例和对比例的实验结果，可以获得如图13所示的曲线图。

参照图13，可以看出，与对比例中的输出性能相比，制造例中的输出性能显著提高。即，可见制造例中的初始输出性能为约53Ah，而比较实例中的初始输出性能为约47Ah。

因此，可以看出，与对比例中的输出性能相比，制造例中的输出性能显著提高。

因此，本发明的范围由所附权利要求书而不是上述说明书和其中描述的示例性实施方式限定。在本发明的权利要求的等价物的含义内以及在权利要求内作出的各种修改被认为在本发明的范围内。

[附图标记说明]

100：电极组件

110：第一电极

111：1a电极

111c：1a电极接头

112：1b电极

112c：1b电极接头

113：1c电极

120：第二电极

130：电极引线

131：第一电极引线

132：第二电极引线

Claims (15)

1.一种电极组件，在所述电极组件中第一电极和第二电极夹着隔膜交替堆叠，

其中，所述第一电极包括其中的电极活性材料层具有彼此不同的厚度的1a电极和1b电极。

2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述1a电极的电极活性材料层和所述1b电极的电极活性材料层具有相同的面积，并且

所述1a电极的电极活性材料层设置为比所述1b电极的电极活性材料层厚。

3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述1a电极以大于所述1b电极的数量堆叠。

4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述1a电极和所述1b电极分别包括1a电极接头和1b电极接头，并且

所述1a电极接头和所述1b电极接头具有不同的宽度。

5.根据权利要求4所述的电极组件，其中，所述1b电极接头的宽度大于所述1a电极接头的宽度。

6.根据权利要求4所述的电极组件，所述电极组件还包括电极引线，所述电极引线包括第一电极引线和第二电极引线，所述第一电极引线与所述1b电极接头和所述1a电极接头结合，所述第二电极引线与所述第二电极的第二电极接头结合。

7.根据权利要求6所述的电极组件，其中，所述1b电极接头和所述1a电极接头被结合到所述第一电极引线的一侧和另一侧而不彼此接触。

8.根据权利要求4所述的电极组件，其中，所述第一电极进一步包括1c电极，所述1c电极具有与所述1a电极和所述1b电极中的每一者相同的面积并且具有厚度与所述1a电极和所述1b电极中的每一者的电极活性材料层的厚度不同的电极活性材料层，并且

所述1c电极的电极活性材料层的厚度小于所述1b电极的电极活性材料层的厚度。

9.根据权利要求8所述的电极组件，其中，所述1c电极包括1c电极接头，并且

所述1c电极接头的宽度大于所述1b电极接头的宽度。

10.一种用于制造电极组件的方法，所述方法包括：

第一电极制造步骤(S10)，在所述第一电极制造步骤中制造第一电极，所述第一电极包括其中的电极活性材料层具有不同的厚度的1a电极和1b电极；以及

电极组件制造步骤(S20)，在所述电极组件制造步骤中夹着隔膜交替堆叠第二电极和所述第一电极的1a电极或1b电极，以制造电极组件。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述第一电极制造步骤包括：制备具有相同面积的多个集流器的工序；以及通过改变每个集流器的表面上的电极活性材料的加载量来制造其中的电极活性材料层具有相同面积和不同厚度的1a电极和1b电极的工序，

其中，所述1a电极的电极活性材料的加载量比所述1b电极的电极活性材料的加载量增加，以制造厚度比所述1b电极的电极活性材料层大的电极活性材料层，并且

其中，所述1b电极的电极活性材料的加载量比1a电极的电极活性材料的加载量减少，以制造厚度比所述1a电极的电极活性材料层小的电极活性材料层。

12.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述第一电极制造步骤中，切割所述1a电极和所述1b电极的不存在电极活性材料的非涂覆部分，以制造1a电极接头和1b电极接头，

其中，所述1b电极接头的宽度大于所述1a电极接头的宽度。

13.根据权利要求10所述的方法，其中，在所述电极组件制造步骤(S20)中，所述第一电极设置成使得所述1b电极以少于所述1a电极的数量堆叠。

14.根据权利要求13所述的方法，在所述电极组件制造步骤(S20)之后，所述方法还包括电极引线结合步骤(S30)，在所述电极引线结合步骤中将所述1a电极接头和所述1b电极接头结合到第一电极引线，并且将所述第二电极的第二电极接头结合到第二电极引线，

其中，所述1a电极接头和所述1b电极接头结合到所述第一电极引线的一侧和另一侧而不彼此接触。

15.一种二次电池，所述二次电池包括：

根据权利要求1至9中的任一项所述的电极组件；以及

壳体，该壳体被配置成用于容纳所述电极组件。

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