CN115461902A - 电极组件以及包括该电极组件的二次电池 - Google Patents

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Abstract

根据本发明的实施方式的电极组件包括多个单元电池，多个单元电池形成关于中心侧的辐射状结构。单元电池相对于水平截面的厚度在从辐射状结构的外侧朝向中心侧的方向上减少，并且在单元电池中设置的集流体的上边缘、下边缘、外边缘或中心边缘中的至少一者上形成有电极接片。

Description

电极组件以及包括该电极组件的二次电池
技术领域
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年6月8日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2020-0068992的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过参引并入本文中。
本发明涉及电极组件和包括该电极组件的二次电池，并且特别地涉及具有辐射状结构的电极组件和包括该电极组件的二次电池。
背景技术
近来，对于诸如手提电脑、摄像机、移动电话等便携式电子产品的需求快速增加，并且电动车辆、储能电池、机器人以及卫星的开发正活跃，因此，对用作这些产品的驱动电源的二次电池已经进行了许多研究。
安装在电池盒中的电极组件是构造有包括正极、分膈膜和负极的堆叠式结构的发电元件，并且该发电元件可以重复地充放电且被分类成果冻卷型、堆叠型和堆叠/折叠型。果冻卷型是通过在涂覆有活性材料的长片型正极和负极之间插入分膈膜并且然后卷绕其而获得的结构，堆叠型是将多个具有预定尺寸的正极和负极在其间插入有分膈膜时依次堆叠的结构，并且堆叠/折叠型是果冻卷型和堆叠型的混合结构。在这几种类型的电极组件中，果冻卷型电极组件的优点在于易于制造和每单位重量能量密度高。
二次电池根据电池盒的形状被分类成：圆柱形电池，其中电极组件安装在圆柱形金属罐中；方形电池，其中电极组件安装在方形金属罐中；以及袋型电池，其中电极组件安装在铝层压片制成的袋型盒中。在这几种类型的电池中，圆柱形电池的优点在于具有相对较大的容量并且具有稳定的结构。
二次电池包括例如镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池以及锂二次电池。在这些电池中，与镍基二次电池相比，锂二次电池几乎不产生记忆效应，使得该锂二次电池具有充放电自由，自放电率很低，工作电压高以及每单位重量能量密度高的优点，因此锂二次电池被广泛应用于尖端电子装置领域中。
图1示出了未卷绕的常规果冻卷电极组件的分解立体图。
参照图1，插入到二次电池中的常规果冻卷电极组件10包括正极片20、负极片30和设置在正极片20与负极片30之间的分膈膜40。当卷绕成果冻卷形状时，优选地在负极片30下方附加地布置有分膈膜40，以便于防止正极片20和负极片30折叠在彼此上。
正极片20可以包括：正极混合物层22，该正极混合物层22通过向正极集流体施加正极活性材料而形成；以及正极未涂覆区域23，该正极未涂覆区域23未施加正极活性材料并且使正极集流体暴露。正极接片21可以通过诸如焊接的方法结合至正极未涂覆区域23。
以类似的方式，负极片30可以包括：负极混合物层32，该负极混合物层32通过向负极集流体施加负极活性材料而形成；以及负极未涂覆区域33，该负极未涂覆区域33未施加负极活性材料并且使负极集流体暴露。负极接片31可以通过诸如焊接的方法结合至负极未涂覆区域33。
在此，正极片20和负极片30大体具有矩形片状形式以被卷绕成果冻卷的形状，因此电子从正极接片21或负极接片31移动通过正极集流体或负极集流体的距离增大。当电子移动的距离如上所述增大时，电子传输阻力显着增大，这是缺点，并且特别地在高电流操作条件下该缺点可能会加剧。
换言之，在锂二次电池的情况下，一般来说，电解质溶液中的锂离子在特定浓度范围内表现出高离子传导性，并且当锂离子浓度小于或大于特定浓度时，离子传导性降低。锂二次电池的电解质溶液浓度或锂离子浓度不是恒定的，并且正极和负极周围的锂离子浓度根据电池操作条件而沿相反方向行进。
因此，需要一种用于二次电池的新方法来解决该问题。
发明内容
技术问题
本发明致力于提供一种用于降低传输阻力并且提供结构稳定性的电极组件，以及一种包括该电极组件的装置。
本发明的目的不限于上述目的，并且可以在本发明的构思范围和领域范围内以各种方式进行扩展。
技术解决方案
本发明的实施方式提供了一种电极组件，该电极组件包括：多个单元电池，所述多个单元电池用于形成关于中心呈辐射状的结构，其中，基于水平截面，单元电池的厚度在从辐射状结构的外侧向中心行进时减少；以及电极接片，该电极接片形成在单元电池中所包括的集流体的上边缘、下边缘、外边缘以及中心边缘中的至少一者上。
单元电池可以包括依次堆叠的正极、第一分膈膜、负极以及第二分膈膜。
正极可以包括正极集流体和形成在正极集流体上的正极混合物层，并且负极可以包括负极集流体和形成在负极集流体上的负极混合物层。
正极接片可以形成在正极集流体的上边缘、外边缘和中心边缘中的至少一者上。
负极接片可以形成在负极集流体的下边缘、外边缘和中心边缘中的至少一者上。
正极混合物层和负极混合物层中的至少一者的厚度可以在从辐射状结构的外侧向中心行进时减小。
正极混合物层和负极混合物层中的至少一者的密度可以在从辐射状结构的外侧向中心行进时增大。
正极集流体、正极混合物层、第一分膈膜、负极混合物层、负极集流体以及第二分膈膜可以依次地堆叠。
可以在集流体中形成有通孔。
电极组件还可以包括结合至电极接片的电极引线。
本发明的另一实施方式提供了一种二次电池，该二次电池包括：电极组件；用于接纳电极组件的电池盒；以及布置在电极组件上的盖组件，其中，电极接片结合至电极引线并且连接至盖组件或电池盒。
有利效果
本发明的实施方式提出了用于形成辐射状结构以降低传输阻力的多个单元电池构型，并且可以通过应用形成有通孔的集流体来降低二次电池中电解质溶液浓度的变化幅度来提高二次电池的性能。
另外，可以根据形成在集流体的一个边缘处的电极接片结构来增大组件的结构稳定性，并且可以使重量的增加最小化。
本发明的效果不限于上述效果，并且本领域中技术人员可以根据权利要求的描述而清楚地理解其他未提及的效果。
附图说明
图1示出了未卷绕的常规果冻卷电极组件的分解立体图。
图2示出了根据本发明的实施方式的电极组件的立体图。
图3示出了关于图2的A-A'的截面的一部分的局部截面图。
图4示出了关于图2的B-B'的截面的一部分的局部截面图。
图5(a)至图5(c)示出了根据本发明的各个实施方式的正极集流体和正极接片。
图6(a)至图6(c)示出了根据本发明的各个实施方式的负极集流体和负极接片。
图7(a)至图7(c)示出了根据本发明的修改实施方式的正极接片和正极引线的结合结构。
图8(a)至图8(c)示出了根据本发明的修改实施方式的负极接片和负极引线的结合结构。
图9示出了根据本发明的实施方式的二次电池的分解立体图。
图10和图11示出了根据本发明的实施方式的二次电池充放电时的电压变化和温度变化的比较结果和评估结果的曲线图。
具体实施方式
在下文中将参照其中示出本发明的示例性实施方式的附图更充分地描述本发明。如本领域中技术人员将认识到的，所描述的实施方式可以以各种不同的方式进行修改，所有这些修改都不背离本发明的精神或范围。
与描述无关的部分将被省略以清楚地描述本发明，并且在整个说明书中相同的元件将由相同的附图标记表示。
为了更好地理解并且易于描述，任意地示出了附图中所示的每个构型的尺寸和厚度，但本发明不限于此。在附图中，为了清楚起见，放大了层、薄膜、面板、区域等的厚度。为了便于说明，夸大了一些层和区域的厚度。
应当理解的是，当诸如层、膜、区域或基板的元件被称为位于另一元件“上”时，其可以直接地位于另一元件上，或者也可以存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接地位于”另一元件上时，不存在中间元件。词语“位于......上”或“位于......上方”意味着定位在目标部分的上方或下方，并不一定意味着定位在目标部分的基于重力方向的上侧部上。
除非有明确的相反描述，否则词语“包括”及诸如“包括有”或“包含”的变型将被理解为暗示包含所述元件但不排除任何其他元件。
短语“在平面图中”是指从顶部观察目标部分，并且短语“在截面图中”是指从侧面观察目标部分被竖向切割的截面。
图2示出了根据本发明的实施方式的电极组件的立体图。图3示出了关于图2的A-A'的横截面的一部分的局部截面图。图4示出了关于图2的B-B'的截面的一部分的局部截面图。详细地，图3的关于线A-A'的截面图对应于图2的电极组件沿水平方向切割的截面，并且图4的关于线B-B'的截面图对应于图2的电极组件沿竖向方向切割的截面。
参照图2至图4，根据本发明的实施方式的电极组件100包括用于形成关于中心的辐射状结构的多个单元电池100U。基于水平截面，单元电池100U的厚度随着从辐射状结构的外侧向中心行进的方向而减小，并且在单元电池100U中所包括的集流体210和310的上边缘、下边缘、外边缘以及中心边缘中的至少一者上形成有电极接片211a和311a。在此，水平截面表示电极组件100的图2中所示的x-y平面截取的截面，并且水平截面与关于线A-A'的截面对应。
根据本实施方式的电极组件100可以具有圆柱形形状，中心表示电极组件100的就水平截面而言的内部中心区域，并且外侧表示电极组件100就水平截面而言的外周表面的外部区域。可以在电极组件100的中心形成有沿竖向方向(或z轴方向)穿过的中空空间。
如上所述，根据本实施方式的单元电池100U形成辐射状结构，并且基于水平截面，单元电池100U的厚度随着从辐射状结构的外侧向中心行进的方向而减小。多个单元电池100U可以构造成圆柱形电极组件100。具体地，n(n是等于或大于5的整数)个单元电池100U可以聚集在一起以形成电极组件100，并且电极组件100的外周表面可以具有圆形、就水平截面而言接近圆形的形状、n边形或扇形形状。换言之，电极组件100的水平截面的形状可以由单元电池100U的数目决定，并且数目较少时水平截面的形状可以为n多边形，而数目较多时，水平截面的形状可以形成圆形。例如，当电极组件100的截面形状为n多边形，并且数目n等于或大于5，或者数目n等于或大于10时，截面形状可以被认为属于圆形范畴。
根据本实施方式的集流体210和310可以包括正极集流体210和负极集流体310，并且电极接片211a和311a可以包括正极接片211a和负极接片311a。详细地，根据本实施方式的单元电池100U可以包括依次堆叠的正极200、第一分膈膜400、负极300以及第二分膈膜500。
正极200可以包括正极集流体210和形成在正极集流体210上的正极混合物层220。正极混合物层220可以通过向正极集流体210施加正极活性材料来形成。
负极300可以包括负极集流体310和形成在负极集流体310上的负极混合物层320。负极混合物层320可以通过向负极集流体310施加负极活性材料来形成。
参照图3，正极混合物层220和负极混合物层320中的至少一者的厚度可以随着从辐射状结构的外侧向中心行进的方向而减小。特别地，优选的是正极混合物层220和负极混合物层320的厚度随着从辐射状结构的外侧向中心行进的方向而减小。
即，根据本实施方式，通过将装载在集流体210和310上的混合物层220和320的厚度设计成随着从辐射状结构的外侧向中心行进的方向而减小，可以为单元电池100U提供厚度对准并且可以形成辐射状结构。
随着从辐射状结构的外侧向中心行进的方向，正极混合物层220和负极混合物层320中的至少一者的密度可以增大。特别地，期望的是正极混合物层220和负极混合物层320的密度随着从辐射状结构的外侧向中心行进的方向而增大。
如上所述，根据本实施方式，当装载在集流体210和310上的混合物层220和320的厚度被设计成随着从辐射状结构的外侧向中心行进的方向减小时，根据单元电池100U的定位和方向可能产生容量不均匀性。在本实施方式中，可以通过将装载在集流体210和310上的混合物层220和320的密度设计成随着从辐射状结构的外侧向中心行进的方向而增大来补偿由单元电池100U的厚度对准所引起的容量不均匀性。例如，装载在集流体210和310上的混合物层220和320的厚度较小的区域可以设定有高的混合物层220和320的密度。在将混合物层220和320均匀地装载在集流体210和310上的同时，通过在使用辊子施加压力时沿一个方向施加压力或减小压力可以实现来混合物层220和320的密度对准。
关于单元电池100U，正极集流体210、正极混合物层220、第一分膈膜400、负极混合物层320、负极集流体310以及第二分膈膜500可以依次堆叠。因此，当将多个单元电池100U聚集在一起以构造电极组件100时，一个单元电池100U的第二分膈膜500可以面对另一相邻单元电池100U的正极集流体210。也就是说，关于根据本实施方式的电极组件100，第一分膈膜400可以定位在正极混合物层220与负极混合物层320之间，并且第二分膈膜500可以定位在正极集流体210与负极集流体310之间。
如上所述，电极接片形成在单元电池100U中所包括的集流体210和310的上边缘、下边缘、外边缘以及中心边缘中的至少一者上，并且现在将参照图5(a)至图5(c)以及图6(a)至图6(c)分别描述正极接片和正极接片。
图5(a)至图5(c)示出了根据本发明的各个实施方式的正极集流体和正极接片，并且图6(a)至图6(c)示出了根据本发明的各个实施方式的负极集流体和负极接片。
参照图5(a)至图5(c)，正极接片211a、211b和211c可以形成在正极集流体210的上边缘、外边缘和中心边缘中的至少一者上。详细地，图5(a)示出了形成在正极集流体210的上边缘处的正极接片211a，图5(b)示出了形成在正极集流体210的外边缘处的正极接片211b，并且图5(c)示出了形成在正极集流体210的中心边缘处的正极接片211c。在此，上边缘表示在图2中沿z轴方向定位的边缘，外边缘表示定位在图2中的电极组件100的外侧上的边缘，并且中心边缘是定位在图2中的电极组件100的中心处的边缘。
各个正极接片211a、211b和211c可以向上延伸。形成在上边缘处的正极接片211a可以沿直线向上延伸，并且形成在外边缘或中心边缘处的正极接片211b和211c可以弯曲并且可以向上延伸。
参照图6(a)至图6(c)，负极接片311a、311b和311c可以形成在负极集流体310的下边缘、外边缘以及中心边缘中的至少一者上。详细地，图6(a)示出了形成在负极集流体310的下边缘处的负极接片311a，图6(b)示出了形成在负极集流体310的外边缘处的负极接片311b，并且图6(c)示出了形成在负极集流体310的中心边缘处的负极片311c。下边缘是在图2中沿z轴方向定位的边缘，外边缘表示定位在图2中的电极组件100的外侧上的边缘，并且中心边缘表示定位在图2中的电极组件100的中心处的边缘。
各个负极接片311a、311b和311c可以向下延伸。形成在下边缘处的负极接片311a可以沿直线向下延伸，并且形成在外边缘或中心边缘处的负极接片311b和311c可以弯曲并且可以向下延伸。
正极接片211a、211b和211c可以与正极集流体210构造成单个本体。即，呈板形状的正极集流体210的部分可以突出以形成正极接片211a，211b和211c。以类似的方式，负极接片311a、311b和311c可以与负极集流体310构造成单个本体。即，呈板形状的负极集流体310的部分可以突出以形成负极接片311a、311b和311c。
根据本实施方式的电极组件100可以通过将正极接片211a、211b和211c中的一个正极接片与负极接片311a、311b和311c中的一个负极接片组合来构造。详细地，例如，形成在上边缘处的正极接片211a可以与形成在下边缘处的负极接片311a组合，形成在外边缘处的正极接片211b可以与形成在外边缘处的负极接片311b组合，并且形成在中心边缘处的正极接片211c可以与形成在中心边缘处的负极接片311c组合。形成在外边缘处的正极接片211b可以与形成在中心边缘处的负极接片311c组合。对各个组合没有特定限制，并且各种类型的组合都是可能的。
例如，参照图2描述的电极组件100可以展示下述形状：在该形状中，正极接片211a形成在正极集流体的上边缘处，并且负极接片311a形成在负极集流体的下边缘处。
与所图示的不同，作为本实施方式中的一个实施方式，正极接片可以形成在下边缘处且可以向下延伸，并且负极接片可以形成在上边缘处且可以向上延伸。
关于图1中所示的常规果冻卷电极组件10，正极片20和负极片30构造成用于卷绕的矩形片，因此电子行进通过正极集流体或负极集流体的距离增大，并且电子传输阻力增大。例如，在常规果冻卷电极组件10的情况下，正极集流体或负极集流体可以具有几微米至几十微米的厚度，并且可以具有几百毫米至1米的长度。当电极接片定位在集流体的中心处时，电子必须移动集流体长度的一半，即几百毫米。
另一方面，根据本实施方式的电极组件100外表形成与常规果冻卷电极组件10类似的圆柱形构型，并且该圆柱形构型包括形成辐射状结构的多个单元电池100U，并且可以为各个单元电池100U形成上述的正极接片211a、211b和211c以及负极接片311a、311b和311c。也就是说，电极组件100形成新的构型，从而减小电子行进通过正极集流体210或负极集流体310的距离。例如，在根据本实施方式的电极组件的情况下，正极集流体或负极集流体可以具有几微米的厚度和约60毫米的长度。与常规果冻卷电极组件10相比，在形成具有类似大小和形状的电极组件时，电子行进的路径可以被进一步减小。因此，电极组件100可以解决常规果冻卷电极组件10的电子传输阻力增大的问题。
参照图3和图4，可以在根据本发明的实施方式的集流体210和310中形成有通孔212和312，并且可以在集流体210和310的厚度方向上形成有通孔212和312。详细地，离子通常在正极混合物层220与负极混合物层320之间具有第一分膈膜400的情况下在正极混合物层220与负极混合物层320进行传输。如上所述，第二分膈膜500定位在正极集流体210与负极集流体310之间，通孔212和312分别形成在正极集流体210和负极集流体310中，因此正极混合物层220和负极混合物层320可以通过通孔212和312接触第二分膈膜500。因此，离子可以在正极混合物层220与负极混合物层320之间具有第二分膈膜500的情况下在正极混合物层220与负极混合物层320进行传输。也就是说，当二次电池充电和放电时，由于第二分膈膜500和形成有通孔212和312的多孔集流体210和310，离子的传输可以以双向方式执行，因此可以提高二次电池的性能。
通过将形成有通孔212和312的集流体210和310应用于单元电池100U，可以减小二次电池中的电解质溶液浓度或锂离子浓度的变化程度，并且可以提高电池的性能。通过将形成有通孔212和312的集流体210和310沿厚度方向应用于单元电池100U，可以将电解质溶液中的锂离子浓度保持在预定范围内。由此，可以减少来自二次电池的过电压因素中与电解质溶液有关的过电压因素，从而提高电池性能。
根据本发明的实施方式，用于形成通孔212和312的面积分数可以在10％至80％的范围内。详细地，所形成的通孔212和312的面积分数可以在10％至80％、10％至70％、10％至50％、20％至90％、30％至90％、或30％至60％的范围内。所形成的通孔212和312的面积分数可以表示通孔212和312的面积与集流体210和310的面积之比。
根据本发明的实施方式，每10cm×10cm的单位面积可以形成有10至500个通孔212和312。详细地，每单位面积可以形成有10至300、10至200、10至100、10至70、30至50、50至500、100至200、50至300、100至500、30至200、或10至200个通孔212和312。例如，集流体210和310可以具有网状形式。
通过将每单位面积的通孔212和312的数目或其面积分数控制在该范围内，可以减小集流体的变化程度而不会导致机械强度的过度劣化，并且可以减小二次电池中电解质溶液浓度或锂离子浓度的变化程度。
现在将参照图7和图8描述根据本发明的修改实施方式的结合至电极接片的电极引线。
图7(a)至图7(c)示出了本发明的修改实施方式的正极接片和正极引线的结合结构，并且图8(a)至图8(c)示出了根据本发明的修改实施方式的负极接片和负极引线的结合结构。
参照图7(a)至图7(c)，正极接片211a、211b和211c可以形成在正极集流体210的上边缘、外边缘和中心边缘中的至少一者上。详细地，图7(a)示出了形成在正极集流体210的上边缘处的正极接片211a，图7(b)示出了形成在正极集流体210的外边缘处的正极接片211b，并且图7(c)示出了形成在正极集流体210的中心边缘处的正极接片211c。正极引线213可以结合至相应的正极接片211a、211b和211c。各自的正极引线213可以向上延伸。
参照图8(a)至图8(c)，负极接片311a、311b和311c可以形成在负极集流体310的下边缘、外边缘以及中心边缘中的至少一者上。详细地，图8(a)示出了形成在负极集流体310的下边缘处的负极接片311a，图8(b)示出了形成在负极集流体310的外边缘处的负极接片311b，并且图8(c)示出了形成在负极集流体310的中心边缘处的负极接片311c。负极引线313可以结合至相应的负极接片311a、311b和311c。各自的负极引线313可以向下延伸。
根据本实施方式的电极组件可以构造有上述正极接片211a、211b和211c与正极引线213的结合结构中的一个结合结构和负极接片311a、311b和311c与负极引线313的结合结构中的一个结合结构的组合。
作为一个实施方式，与形成在上边缘处的正极接片211a结合的正极引线213可以和与形成在下边缘处的负极接片311a结合的负极引线313组合。上述构造的电极组件的优点在于该电极组件的制造过程比较简单，因为正极引线213和负极引线313各自定位在电极组件100的上侧部和下侧部上。
作为另一实施方式，与形成在外边缘处的正极接片211b结合的正极引线213可以和与形成在中心边缘处的负极接片311c结合的负极引线313组合。与形成在中心边缘处的正极接片211c结合的正极引线213可以和与形成在外边缘处的负极接片311b结合的负极引线313组合。上述构造的电极组件的优点在于获得了针对电极变形的结构稳定性，因为电极引线213和313在外侧和中心保持电极组件。
作为另一实施方式，与形成在外边缘处的正极接片211b结合的正极引线213可以和与形成在外边缘处的负极接片311b结合的负极引线313组合。上述构造的电极组件的优点在于获得了针对电极变形、特别是沿外部方向发生膨胀的结构稳定性，因为电极引线213和313在外侧保持电极组件。
作为另一示例，与形成在中心边缘处的正极接片211c结合的正极引线213可以和与形成在中心边缘处的负极接片311c结合的负极引线313组合。上述构造的电极组件的优点在于使重量的附加增大最小化。
正极接片211a、211b、211c与正极引线213的结合或负极接片311a、311b、311c与负极引线313的结合没有特定限制，并且例如可以执行焊接结合。
图9示出了根据本发明的实施方式的二次电池的分解立体图。
参照图9，二次电池包括：电极组件100，该电极组件100包括形成关于中心的辐射状结构的单元电池；电池盒600，该电池盒600用于接纳电极组件100；以及盖组件700，该盖组件700定位在电极组件100上。
电池盒600接纳浸渍有电解质溶液的电极组件100，并且该电池盒600可以具有筒形形状。
盖组件700可以包括上盖710和安全排气口720。上盖710定位在安全排气口720上，并且由于上盖710紧密地附接至安全排气口720而可以使上盖710电连接至安全排气口720。上盖710的中心向上突出，并且该上盖710通过正极接片211a间接地连接至电极组件100的正极200，因此上盖710可以通过与外部电路的连接而用作正极端子。
用于密封的垫圈800可以定位在电池盒600与盖组件700之间。详细地，垫圈800可以定位在电池盒600与盖组件700之间，并且电池盒600的端部是弯曲的，从而形成压接部分。由此，可以对盖组件700进行安装并且可以对二次电池进行密封。
电极接片211a和311a可以直接地连接至盖组件700或电池盒600。详细地，向上延伸的正极接片211a可以连接至盖组件700，使得盖组件700的上盖710可以用作正极端子。向下延伸的负极接片311a可以连接至电池盒600的底部部分，使得电池盒600的底部部分可以用作负极端子。相应的电极接片211a和311a可以连接至盖组件700或电池盒600，并且以在另一方式中，电极接片211a和311a可以结合至彼此并且可以连接至盖组件700或电池盒600。
尽管未示出，但是作为本发明的修改实施方式，电极接片可以结合至电极引线并且可以连接至盖组件700或电池盒600。详细地，与正极接片结合并且向上延伸的正极引线可以连接至盖组件700，并且盖组件700的上盖710可以用作正极端子。与负极接片结合并且向下延伸的负极引线可以连接至电池盒600的底部部分，并且电池盒600的底部部分可以用作负极端子。相应的电极引线可以连接至盖组件700或电池盒600，并且在另一方式中，电极引线可以结合至彼此并且可以连接至盖组件700或电池盒600。
参照图2，基于水平截面，在电极组件100的中心处可以形成沿竖向方向(或z轴方向)穿透的中空空间，并且内部直径与外部直径的直径比可以在1:1.1至1:100的范围内。根据内部直径和外部直径的平均值来计算电极组件100的内部直径与外部直径的直径比。在详细的实施方式中，电极组件100的内部直径与外部直径的直径比可以在1:1.1至1:100、1:1.5至1:80、1:2至1:50、1:10至1:100，或1:30至1:100的范围内。
对于单元电池100U，基于水平截面而言，在中心方向形成内周的内端部的厚度(Din)与形成外周表面的外端部的厚度(Dout)的比例(Dout:Din)可以在1:1.5至1:10的范围内。在详细的实施方式中，该比例(Dout:Din)可以在1:1.1至1:100、1:1.5至1:80、1:2至1:50、1:10至1:100或1:30至1:100的范围内。
如上所述，单元电池100U具有其厚度随着沿一个方向行进而减小的辐射状结构。这种形状不同于方形电池、袋型电池或圆柱形电池。现有的二次电池具有不同的外部形状，并且构造成电池的单元电池被制造成具有均匀的总厚度，同时具有堆叠形式或卷绕形式。相反，对于单元电池100U而言，基于水平截面，电极200与300之间的间隙在从辐射状结构的外侧向中心行进时减小。
正极活性材料可以包括含锂氧化物。含锂过渡金属氧化物可以用作含锂氧化物。在一个示例中，正极混合物层220除了正极活性材料之外还可以包含传导性材料和粘合剂聚合物，并且在必要时，正极混合物层220还可以包含本领域中技术人员通常使用的正极添加剂。
正极集流体210是具有高传导性的金属，并且在材料方面没有特定限制，只要其为正极活性材料浆料易于附着并且在二次电池的电压范围内不具有反应性的金属。详细地，正极集流体210可以是由铝、镍或其组合制成的箔。
当碳材料被用作负极活性材料时，可以使用低结晶碳和高结晶碳。软碳和硬碳是低结晶碳的代表。高结晶碳包括高温焙烧碳，比如天然石墨、凝析石墨、热解碳、基于中间相沥青的碳纤维、中间相碳微珠、中间相沥青、或者源自石油或煤焦油沥青的焦炭。
负极集流体310可以是通过使用铜、金、镍、铜合金或其组合制造的箔。负极集流体310可以堆叠由这些材料制成的物质且可以使用这些材料。
第一分膈膜400和第二分膈膜500可以使用锂二次电池所使用的多孔物质，并且例如可以使用基于聚烯烃的多孔膜或者使用非纺造织物，但不具体限于此。基于聚烯烃的多孔膜的示例包括由聚乙烯类和基于聚烯烃的聚合物中的每一者制成的膜，聚乙烯类比如为高密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、超高分子量聚乙烯，并且基于聚烯烃的聚合物比如为聚丙烯、聚丁烯、或聚戊烯，或者其混合的聚合物。
根据本发明的另一实施方式的电极组件可以应用于固态电池。尽管未详细示出，固体电解质层可以定位在正极与负极之间代替分膈膜。也就是说，代替第一分膈膜和第二分膈膜，填充有固体电解质的固体电解质层布置在对应位置处，因此可以形成用于固态电池的电极组件。
根据本发明的实施方式，电解质溶液可以使用包括非水电解质的非水电解质。作为非水电解质，例如，可以使用非质子性有机溶剂，比如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、聚丙烯碳酸酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯以及丙酸乙酯。在不具体限制于此的情况下，可以在适当的范围内增加或减少用于锂二次电池领域的多种电解质溶液组分。
现在将详细描述根据实施方式的电极组件。
实施方式1
将100重量份的NCM(LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2)作为正极活性材料、1.5重量份的炭黑(FX35、Denka)作为传导性材料以及2.3重量份的聚偏二氟乙烯(KF9700、Kureha)作为粘合剂聚合物添加至NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)的溶剂中以制造正极混合物层浆料。将正极混合物层的浆料涂覆在铝集流体的一个侧部上，并且被真空干燥以获得正极，该铝集流体形成有负载量为640mg/25cm2的通孔。至于铝集流体，通孔形成有约40％的面积分数，并且每10cm×10cm的单位面积形成有约50个通孔。正极混合物层被加压以沿一个方向依次减小至约40％的厚度水平。
将100重量份的合成石墨(GT，紫辰(中国))作为负极活性材料、1.1重量份的炭黑(Super-P)作为传导性材料、2.2重量份的丁苯橡胶以及0.7重量份的羧甲基纤维素添加至作为溶剂的水中以制造负极活性材料浆料，并且将浆料涂覆在形成有通孔的铜集流体的一个侧部上，并且该浆料被干燥进而被压缩因此制造出负极。至于铜集流体，通孔形成有约40％的面积分数，并且每10cm×10cm的单位面积形成有约50个通孔。负极混合物层被加压以便沿一个方向依次减小至约40％的厚度水平。
使用熔点为165℃、一个侧部宽度为200mm的分膈膜，该分膈膜具有通过使用干式法将聚丙烯单轴拉伸而形成的微孔结构。通过重复地设定下述单元电池来制造电极组件：在该单元电池中，第一分膈膜设置在正极与负极之间并且第二分膈膜定位在正极和负极外部。电极组件具有如下的结构：以水平截面为基准，五十个单元电池关于中心设定成辐射的形式。
将电极组件安装在筒形电池盒内，并且注入1M的LiPF6碳酸盐基溶液的电解质溶液以完成二次电池。
实施方式2
除了铝集流体和铜集流体使用具有网状结构的集流体以外，二次电池的制造方法与实施方式1相同。
比较示例1
除了在正极集流体和负极集流体中分别没有形成厚度通孔，并且正极混合物层和负极混合物层没有形成厚度梯度之外，正极和负极的制造方法与实施方式1相同。
实验示例1：二次电池的物理特性评估
对根据实施方式1和比较示例1所制造的二次电池的物理特性进行评估。详细地，对各个二次电池进行充电和放电，并且在充电和放电期间分别测量电压和温度的变化。二次电池在20℃和1C的条件下进行充放电。
图10示出了对二次电池充放电时的电压变化的评估结果，并且图11示出了对二次电池充放电时的温度变化的评估结果。
参照图10发现，与比较示例1相比，根据实施方式1的二次电池的放电电压更高而充电电压更低。由此发现，根据实施方式1的二次电池在应用于产品时提供更高的动力而在充电时需要更小的充电动力。
参照图11发现，当与比较示例1相比时，根据实施方式1的二次电池在充放电时的温度较低而温度的变化幅度非常小。因此，根据实施方式1的二次电池可能需要较低的冷却性能并且可以以更紧凑的方式设计。
根据实施方式1的二次电池可以应用于各种移动装置和可穿戴装置，并且尤其适用于诸如可听戴装置或智能手表的小型装置，且尤其适用于受二次电池重量和体积限制且需要长时间使用的装置。
根据实施方式1的二次电池还可以用于具有优异输出且能够通过接收来自基于电池的马达的电力进行操作的动力工具，并且适用于：包括无人机、电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)和插电式混合动力电动车辆(PHEV)的电动交通工具；包括电动自行车和电动滑板车的电动两轮车；诸如电动高尔夫球车的使用大功率电力的运输工具；以及电力储存系统。
在本实施方式中，使用了表示诸如前、后、右、左、顶部以及底部的方向的术语，但这些术语是为了便于说明，并且根据目标材料的位置或观察者的位置而是可变的。
尽管已经结合目前被认为是实际的实施方式对本发明进行了描述，但应理解的是，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反地，意在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种改型和等效布置结构。
附图标记
100：电极组件
100U：单元电池
200：正极
210：正极集流体
211a、211b、211c：正极接片
300：负极
310：负极集流体
311a、311b、311c：负极接片

Claims (11)

1.一种电极组件，包括：
多个单元电池，所述多个单元电池用于形成关于中心呈辐射状的结构，
其中，基于水平截面，所述单元电池的厚度在从所述辐射状的结构的外侧朝向所述中心行进时减小，以及
电极接片，所述电极接片形成在所述单元电池中所包括的集流体的上边缘、下边缘、外边缘以及中心边缘中的至少一者上。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，
所述单元电池包括依次堆叠的正极、第一分膈膜、负极以及第二分膈膜。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其中，
所述正极包括正极集流体和形成在所述正极集流体上的正极混合物层，以及
所述负极包括负极集流体和形成在所述负极集流体上的负极混合物层。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其中，
在所述正极集流体的上边缘、外边缘和中心边缘中的至少一者上形成有正极接片。
5.根据权利要求3所述的电极组件，其中，
在所述负极集流体的下边缘、外边缘和中心边缘中的至少一者上形成有负极接片。
6.根据权利要求3所述的电极组件，其中，
所述正极混合物层和所述负极混合物层中的至少一者的厚度在从所述辐射状的结构的所述外侧向所述中心行进时减小。
7.根据权利要求3所述的电极组件，其中，
所述正极混合物层和所述负极混合物层中的至少一者的密度在从所述辐射状结构的所述外侧向所述中心行进时增大。
8.根据权利要求3所述的电极组件，其中，
所述正极集流体、所述正极混合物层、所述第一分膈膜、所述负极混合物层、所述负极集流体以及所述第二分膈膜依次地堆叠。
9.根据权利要求1所述的电极组件，其中，
在所述集流体中形成有通孔。
10.根据权利要求1所述的电极组件，还包括：
电极引线，所述电极引线结合至所述电极接片。
11.一种二次电池，包括：
根据权利要求1所述的电极组件；
电池盒，所述电池盒用于接纳所述电极组件；以及
盖组件，所述盖组件布置在所述电极组件上，
其中，所述电极接片结合至电极引线并且连接至所述盖组件或所述电池盒。
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