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CN104040776B - 包括多个电极组件的二次电池 - Google Patents

包括多个电极组件的二次电池 Download PDF

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Abstract

公开了一种包括多个电极组件的二次电池。二次电池包括第一电极组件，该第一电极组件包括第一阴极、第一间隔件以及第一阳极；和第二电极组件，该第二电极组件包括第二阴极、第二间隔件以及第二阳极，其中，当第二电极组件的电极板面积小于第一电极组件的电极板面积时，第二电极组件的横截面厚度大于第一电极组件的横截面厚度。

Description

包括多个电极组件的二次电池
技术领域
本发明涉及一种包括多个电极组件的二次电池。
背景技术
在二次电池和电池组的现有结构中，二次电池的使用和布置可能被限制。特别地，电池组通常被配置有具有相同容量、大小和尺寸的四边形的电池。二次电池的物理形状反映二次电池的电气布置。例如，具有六个电极组件的电池组可以包括具有相同大小和容量的六个电极组件。在电池组中，电极组件可以被平行地设置成两行--均具有三个电极组件。然而，在用于便携式电子设备或者大容量车辆电池的不具有四边形或者不规则形状的空间中不能有效地使用此通用类型的二次电池或者电池组。因此，具有相互不同的形状的多个电极组件可以被设置以便于有效地使用可用的空间。在这样的情况下，由于各个电极组件的容量的不同其输出可能不是恒定的。
发明内容
本发明的一个方面提供一种二次电池，该二次电池包括相似容量的电极组件，其中在其电极板面积减少时，各个电极组件的横截面厚度增加。
根据本发明的另一方面，提供一种二次电池，该二次电池包括第一电极组件，该第一电极组件包括第一阴极、第一间隔件以及第一阳极；和第二电极组件，该第二电极组件包括第二阴极、第二间隔件以及第二阳极，其中，当第二电极组件的电极板面积小于第一电极组件的电极板面积时，第二电极组件的横截面厚度大于第一电极组件的横截面厚度。
本发明的效果
根据本发明，当电极组件的电极板面积小时，其横截面面积被增加使得电极组件的电力被恒定地输出，并且从而其中在电极组件之间集中电力负荷的现象被减轻，并且电力被恒定地输出，使得二次电池可以被有效地使用。
附图说明
结合附图从下面的详细描述中将会更加清楚地理解本发明的以上和其它方面、特征以及其它优点，其中：
图1是根据本发明的一个实施例的二次电池的示意性视图；并且
图2是根据本发明的一个实施例的二次电池的横截面视图。
具体实施方式
本发明提供一种二次电池，该二次电池包括第一电极组件，该第一电极组件包括第一阴极、第一间隔件以及第一阳极；和第二电极组件，该第二电极组件包括第二阴极、第二间隔件以及第二阳极，其中当第二电极组件的电极板面积小于第一电极组件的电极板面积时，第二电极组件的横截面厚度大于第一电极组件的横截面厚度。
由于各个电极组件的电极板面积的不同，可以以具有非四边形的形状或者不规则形状的空间中有效地使用根据本发明的一个实施例的二次电池。此外，在根据本发明的一个实施例的二次电池中，通过根据电极板面积改变横截面厚度可以解决在传统的二次电池中发生的由于电极组件之间的容量的不同的二次电池的被缩短的服务寿命，和由没有使用具有剩余的容量的电极组件产生的无效。而且，电极组件中的每一个可以被适配为具有相似的容量，并且从而其输出可以被保持恒定。
在根据本发明的一个实施例的二次电池中，可以通过下面的等式1表达第一电极组件的电极板面积和第二电极组件的电极板面积：
[等式1]
0.5≤S2/S1≤0.98
其中S1是第一电极组件的电极板面积，并且S2是第二电极组件的电极板面积。
此外，可以通过下面的等式2表达第一电极组件的横截面厚度和第二电极组件的横截面厚度：
[等式2]
0≤I1/I2≤0.2
其中I1是第一电极组件的横截面面积，并且I2是第二电极组件的横截面面积。
即，第二电极组件的表面面积可能比第一电极组件的表面面积小由等式1指定的比率。然而，第一电极组件和第二电极组件可以具有相同或者几乎相同的电池容量。如果在第一电极组件和第二电极组件之间出现电池容量的不同，则通过重复的充电和放电周期缩短具有更小的容量的电极组件中的一个的寿命。并且，具有较大的容量的另一电极组件始终具有剩余的容量并且从而是效率低的。因此，第二电极组件的横截面厚度可以被设置为大于第一电极组件的横截面厚度，或者第二电极组件的电极材料可以被设置为具有比第一电极组件的更高的效率。
当第一和第二电极组件具有相同的电极材料时，如果第二电极组件的表面面积被设置为小于第一电极组件的表面面积，则第二电极组件具有比第一电极组件的小的容量。为了克服容量不同，第二电极组件的横截面厚度被设置为比第一电极组件的横截面厚度大。具体地，第二电极组件的第二阴极的阴极涂覆部分和第二阳极的阳极涂覆部分可以分别被提供以比第一电极组件的第一阴极和阳极的涂覆部分厚，使得电极组件具有相同的电池容量。
可替选地，第一和第二电极组件可以使用相互不同的电极材料。具体地，被用于第二电极组件的电极材料可以具有比被用于第一电极组件的电极材料更高的效率。
在根据本发明的一个实施例的二次电池中，第一阴极和第二阴极可以具有阴极集电体，该阴极集电体具有被涂覆在其一个表面或者两个表面上的阴极活性材料。
第一阴极的每单位面积的标准容量可以是0.0121至0.0123Ah/cm2。如果第一阴极的每单位面积的标准容量小于0.0121Ah/cm2，则通过每单位面积的容量的减少来减少容量设计的效率。如果第一阴极的每单位面积的标准容量大于0.0123Ah/cm2，则在电极涂覆之后根据滚轧强度的增加减少电解质注入。
第二阴极的每单位面积的标准容量可以是0.0123至0.0126Ah/cm2。如果第二阴极的每单位面积的标准容量可以小于0.0123Ah/cm2，则通过每单位面积的容量的减少来减少容量设计的效率。如果第一阴极的每单位面积的标准容量大于0.0126Ah/cm2，则在电极涂覆之后根据滚轧强度的增加来减少电解质注入。
此外，在根据本发明的一个实施例的二次电池中，第一阳极和第二阳极可以具有阳极集电体，该阳极集电体具有被涂覆在其一个表面或者两个表面上的阳极活性材料。
第一阳极的每单位面积的标准容量可以是0.0132至0.0136Ah/cm2。如果第一阳极的每单位面积的标准容量小于0.0132Ah/cm2，则可能在电池中析出锂。如果第一阳极的每单位面积的标准容量大于0.0136Ah/cm2，则由于被增加的负载量在价格竞争方面出现限制。
第二阳极的每单位面积的标准容量可以是0.0135至0.0139Ah/cm2。如果第一阳极的每单位面积的标准容量小于0.0135Ah/cm2，则可能从电池中析出锂。如果第一阳极的每单位面积的标准容量大于0.0139Ah/cm2，则容量设计和价格竞争的效率可能减少。
在根据本发明的一个实施例的二次电池中，电极组件可以具有简单的堆叠型结构和堆叠折叠型结构。通过插入被涂覆有活性材料的阴极和阳极之间的间隔件并且然后顺序地堆叠阴极/间隔件/阳极可以制备电极组件。同时，电极组件可以包括被交替地堆叠的多个电极和间隔件。
根据本发明的一个实施例，通过重复地堆叠阴极/间隔件/阳极或者阳极/间隔件/阴极可以制备电极组件，或者可以通过使用折叠膜组装具有全电池或者双电池结构的多个单元电池制备电极组件。在此，折叠膜可以是通用的绝缘膜。全电池结构包括至少一个或者多个电池结构，其中间隔件被插入在具有相互不同的极性的两个电极之间，其中最外面的电极可以具有相互不同的极性。例如，全电池结构可以具有阴极/间隔件/阳极、阴极/间隔件/阳极/间隔件/阴极/间隔件/阳极等等的结构。双电池结构包括至少一个或者多个电池结构，其中间隔件被插入在具有相互不同的极性的两个电极之间，其中最外面的电极可以具有相同的极性。例如，双电池结构可以具有阴极/间隔件/阳极/间隔件/阴极、阳极/间隔件/阴极/间隔件/阳极等等的结构。
同时，存在使用折叠膜组装单元电池的各种方法。作为示例，通过将多个单元电池以有规则的间隔布置在长度方向中延伸的折叠膜的一个表面上并且然后在一个方向中与被布置的单元电池一起缠绕折叠膜可以制备电极组件。在被制备的电极组件中，单元电池可以被插入在缠绕的膜中。作为另一示例，通过将多个单元电池以有规则的间隔布置在折叠膜的两个表面上以在长度方向中延伸并且然后在一个方向中与被布置的单元电池一起缠绕折叠膜可以制备电极组件。
在制备的电极组件中，单元电池被插入在缠绕的膜中。单元电池的布置间隔和多个最外面的极性被选择使得接触折叠膜的上电池和下电池的电极具有彼此相对的极性。例如，单元电池的布置间隔和最外面的电极的极性被选择使得电极组件具有阴极/间隔件/阳极/折叠膜/阴极/间隔件/阳极/折叠膜/阴极等等的结构。
同时，在其中以上述方式组装最终的单元电池或者电极的状态下在电极组件的制备中使用的折叠膜的长度可以被选择使得缠绕电极组件至少一次或者多次。然而，电极组件可以被不同地修改，并且不限于此。
而且，本发明的一个实施例提供中型和大型电池模块，其特征在于包括被电连接的两个或者更多个二次电池。
而且，本发明的一个实施例提供一种中和大型电池组，其特征在于包括被电连接的两个或者更多个中型和大型电池模块。
为了被用作用于仅通过电池可以驱动的电动车辆(EV)、通过电池使用现有的引擎的混合电动车辆(HEV)等等的电源，要求高功率和大容量。为此，可以通过串联地或者，如有必要，并联地电连接根据本发明的一个实施例的两个或者更多个电池模块可以配置电池组。中型和大型电池组可以被用作用于诸如电力工具；包括混合电动车辆(HEV)和插入式混合电动车辆(PHEV)的电动车辆(EV)；电动卡车；电动商用车辆；以及电力存储系统的至少一个或者更多个中型和大型装置的电源。
在下文中，现在将会参考附图详细地描述本发明的示例性实施例。在此，应理解的是，在说明书和随附的权利要求中使用的术语不应被解释为限制为一般和字典的意义，但是基于发明人可以适当地限定以便于提供最佳解释的原理基于与本发明的技术方面相对应的意义和概念进行解释。
因此，仅为了图示的目的在此提出的描述仅是优选示例，并且不旨在限制本发明的范围，因此应理解在没有脱离本发明的精神和范围的情况下可以对其进行其它的等价物和修改。
图1是根据本发明的一个实施例的二次电池100的示意性视图，其中两个电极组件被堆叠。
参考图1，其中第一阴极111、第一间隔件113、第一阳极112以及第一间隔件113被依次堆叠的第一电极组件110和其中第二阴极121、第二间隔件123、第二阳极122以及第二间隔件123被依次堆叠的第二电极组件120以堆叠型配置被堆叠。第二电极组件120的电极板面积小于第一电极组件110的电极板面积，但是第二电极组件120的横截面厚度大于第一电极组件110的横截面厚度。
为了被用作大型车辆电池以及用于各种类型的移动电话、笔记本和平板PC，根据本发明的一个实施例的棱锥形二次电池100可以被配置使得第一和第二电极组件110和120的电极板面积相互不同。在其中第一和第二电极组件110和120被堆叠的二次电池中，因为第二电极组件120的电极板面积小于第一电极组件110的电极板面积，使得在其上涂覆活性材料的表面面积也变得较小，第二电极组件120的容量可以被减少。然而，通过增加第二电极组件120的横截面厚度并且利用电极活性材料加厚地涂覆具有与被减少的容量相对应的被增加的横截面厚度的第二电极组件120，其间不同的容量可以被抵消。
因此，当电极组件具有更小的容量并且也更经常重复充电和放电过程时，由于在被堆叠的电极组件之间的容量不同电极组件的寿命可能变得较短。而且，具有剩余的容量的电极组件不可以被完全地使用。然而，根据本发明的一个实施例，通过增加横截面厚度由于电极板面积中的不同的容量差可以被抵消，并且通过提供其中具有类似的容量的电极组件被堆叠的二次电池可以恒定地输出功率。
图2是根据本发明的一个实施例的二次电池的横截面视图。
如在图2中所图示，可以通过提供其中图1的电极组件被堆叠的多个二次电池100制造二次电池200。更加具体地，其中第一阴极211、第一间隔件213、第一阳极212以及第一间隔件213被依次堆叠的第一电极组件210和其中第二阴极221、第二间隔件223、第二阳极222以及第二间隔件223被依次堆叠的第二电极组件220可以以堆叠型配置被堆叠。其中第三阴极231、第三间隔件233、第三阳极232以及第三间隔件233被依次堆叠的第三电极组件230和其中第四阴极241、第四间隔件243、第四阳极242以及第四间隔件243被依次堆叠的第四电极组件240可以以堆叠型配置被堆叠。在包括第一电极组件210、第二电极组件220、第三电极组件230以及第四电极组件240的二次电池中，一个或者多个电极组件具有小于第四电极组件240的电极板面积的电极板面积和大于第四电极组件240的横截面厚度的横截面厚度。
此外，第一电极组件210的电极板面积S1大于第二电极组件220的电极板面积S2，第二电极组件220的电极板面积S2大于第三电极组件230的电极板面积S3，并且第三电极组件230的电极板面积S3大于第四电极组件240的电极板面积S4。然而，第一电极组件210的横截面厚度I1小于第二电极组件220的横截面厚度I2，第二电极组件220的横截面厚度I2小于第三电极组件230的横截面厚度I3，并且第三电极组件230的横截面厚度I3小于第四电极组件240的横截面厚度I4。
具体地，第二电极组件220的第二阴极221的阴极涂覆部分和第二阳极222的阳极涂覆部分分别被提供以比第一电极组件210的第一阴极211的阴极涂覆部分和第一阳极212的阳极涂覆部分更厚，使得具有相同的电池容量的电极组件可以被提供。阴极和阳极涂覆部分的厚度控制可以同等地应用于第三和第四电极组件230和240。
因此，因为制造具有类似容量的电极组件的二次电池，没有产生被堆叠的电极组件之间的容量差，并且从而通过重复充电和放电过程缩短寿命的限制没有出现，并且其中电极组件具有没有被完全地使用的剩余的容量的限制没有出现。因为具有类似容量的电极组件被堆叠，所以可以恒定地输出功率。
此外，要求高功率和大容量以便于被用作用于仅通过电池驱动的电动车辆(EV)、利用电池使用现有的引擎的混合电动车辆(HEV)等等的电源。为此，通过串联地或者，如有必要，并联地电连接根据本发明的一个实施例的两个或者更多个二次电池可以配置电池模块，并且通过电连接两个或者更多个电池模块也可以配置电池组。
虽然结合示例性实施例已经示出和描述了本发明，但是对于本领域的技术人员来说显然的是，在没有脱离如由随附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下能够进行修改和变化。

Claims (12)

1.一种二次电池，包括：
第一电极组件，所述第一电极组件包括第一阴极、第一间隔件以及第一阳极；和
第二电极组件，所述第二电极组件包括第二阴极、第二间隔件以及第二阳极，
其中，所述第二电极组件的电极板面积小于所述第一电极组件的电极板面积，并且所述第二电极组件的横截面厚度大于所述第一电极组件的横截面厚度，
其中，所述第二电极组件的第二阴极的阴极涂覆部分比所述第一电极组件的第一阴极的阴极涂覆部分厚，或者
其中，所述第二电极组件的第二阳极的阳极涂覆部分比所述第一电极组件的第一阳极的阳极涂覆部分厚。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中通过如下等式1表达所述第一电极组件的电极板面积和所述第二电极组件的电极板面积：
[等式1]0.5≤S2/S1≤0.98
其中S1是所述第一电极组件的电极板面积，并且S2是所述第二电极组件的电极板面积。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中通过如下等式2表达所述第一电极组件的横截面厚度和所述第二电极组件的横截面厚度：
[等式2]
0＜I1/I2≤0.2
其中I1是所述第一电极组件的横截面厚度，并且I2是所述第二电极组件的横截面厚度。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一阴极和所述第二阴极具有阴极集电体，其中阴极活性材料被涂覆在其一个表面或者两个表面上。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一阴极的每单位面积的标准容量是0.0121至0.0123Ah/cm2。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第二阴极的每单位面积的标准容量是0.0123至0.0126Ah/cm2。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一阳极和所述第二阳极具有阳极集电体，其中阳极活性材料被涂覆在其一个表面或者两个表面上。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一阳极的每单位面积的标准容量是0.0132至0.0136Ah/cm2。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第二阳极的每单位面积的标准容量是0.0135至0.0139Ah/cm2。
10.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一电极组件和所述第二电极组件具有相同的电池容量。
11.一种中型或大型电池模块，包括根据权利要求1所述的二次电池。
12.一种中型或大型电池组，包括根据权利要求11所述的电池模块。
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