电极组件和包括该电极组件的电化学元件的制作方法

本发明涉及一种电极组件和包括该电极组件的电化学装置。具体地，本发明涉及一种电极组件以及一种包括该电极组件的电化学装置，该电极组件利用具有插置在两个分隔膜之间的锂金属的负极结构，其中负极接线片的数量减少，使得负极接线片的数量比负极结构的堆叠部的数量少至少一个。本申请要求于2022年10月21日提交的韩国专利申请第10-2022-0136207号和于2023年7月26日提交的韩国专利申请第10-2023-0097399号的优先权，并且其全部内容作为本说明书的一部分并入。

背景技术：

1、近年来，对储能技术的关注日益增长。随着应用领域扩展到从移动电话、摄像机和膝上型pc到电动车辆的能源的范围，正在实施研究和开发的努力。在这方面，电化学装置是最具发展前景的领域之一，尤其是鉴于电子设备的小型化和轻重量的最近趋势，具有小型化和轻重量并且能够以高容量进行充电和放电的二次电池的发展正受到关注。

2、二次电池也通过由正极/分隔膜/负极组成的电极组件的结构来分类。例如，电极组件被分类为：卷芯（卷绕）电极组件，该卷芯电极组件是卷绕的带有分隔膜的正极和负极的长片材；和堆叠电极组件，其中带有分隔膜的被切割成预定尺寸的单元的多个正极和负极顺序地堆叠。

3、然而，这些常规电极组件存在若干问题。

4、首先，卷芯电极组件通过将正极和负极的长片材以密集状态卷绕而制成，从而具有圆柱形或椭圆形横截面。在这种结构中，电极在充电和放电期间的膨胀和收缩引起的应力在电极组件中累积，当这种应力累积超过一定极限时，会发生电极组件的变形。此外，电极组件的变形可能导致电极之间的不均匀间隔，从而导致电池的性能急剧降低，并且可能发生内部短路，从而威胁电池的安全。此外，由于卷芯电极组件需要卷绕正极和负极的长片材，因此难以在保持正极和负极之间的恒定间距的同时快速卷绕正极和负极，导致生产率降低。

5、其次，可堆叠电极组件需要顺序堆叠多个正极和负极单元。在该过程中，由于需要单独的极板转移过程来制造单元，并且顺序堆叠过程需要大量的时间和努力，因此可堆叠电极组件具有低生产率的问题。

6、为了解决这些问题，已经开发了具有先进结构的可堆叠-可折叠电极组件，该先进结构是卷芯型和可堆叠型的混合体。可堆叠-可折叠电极组件具有下述结构，在该结构中，在预定单元的正极和负极之间堆叠有分隔膜的双电池单体或全电池单体使用长连续分隔膜片材（可折叠分隔膜）卷绕。

7、可堆叠-可折叠电极组件通常通过延伸更易于折叠的分隔膜而不是延伸电极来连接每层的电极。在该过程中，每层的电极以切割状态供应以形成电极组件，如在堆叠电极组件中那样。在相关技术中，如果二次电池由在本领域中用于二次电池的各种常规电极材料中的不容易切割或折叠的材料构成，则一般的可堆叠-可折叠电极组件更合适。另一方面，锂金属（其在本领域中众所周知是作为二次电池的负极材料）可能不适合于常规的可堆叠-可折叠电极组件，因为其由于其诸如高延展性和粘度的物理性质而不易于通过诸如切割来进行加工，但相对容易折叠。

8、经过对电极组件结构的不断研究，本发明的发明人设计了一种适用于在可堆叠-可折叠电极组件中形成负极接线片的结构，其具有利用负极结构的新颖结构，该负极结构包括插置在两个分隔膜之间的含有锂金属的负极，并且完成了本发明。

9、[专利参考文献]

10、（专利参考文献1）韩国专利第10-2023530号

技术实现思路

1、[技术问题]

2、本发明试图提供一种在可堆叠-可折叠电极组件中具有适当布置的负极接线片的电极组件，其具有利用负极结构的新颖结构，该负极结构具有插置在两个分隔膜之间的包括锂金属的负极，并且本发明试图提供一种包括该电极组件的电化学装置。

3、[技术方案]

4、根据本发明的第一方面，本发明提供了一种电极组件，所述电极组件包括负极结构和多个正极。

5、在本发明的一个实施例中，负极结构包括第一分隔膜和第二分隔膜，以及插置在第一分隔膜和第二分隔膜之间的锂金属层。

6、在本发明的一个实施例中，负极结构包括多个堆叠部和多个折叠部。

7、在本发明的一个实施例中，电极组件具有下述结构，在该结构中负极结构的堆叠部和正极交替且顺序地堆叠。

8、在本发明的一个实施例中，负极包括多个负极接线片，所述多个负极接线片在宽度方向上比第一分隔膜和第二分隔膜从负极结构突出得更多。

9、在本发明的一个实施例中，负极接线片的数量比负极结构的堆叠部的数量少至少一个。

10、在本发明的一个实施例中，负极接线片与负极的剩余部分一体地形成。

11、在本发明的一个实施例中，所述多个负极接线片仅位于负极结构的在宽度方向上的两端中的一端处，并且在电极组件的高度方向上并排定位。

12、在本发明的一个实施例中，正极包括正极接线片，该正极接线片在宽度方向上比第一分隔膜和第二分隔膜从负极结构突出得更多。

13、在本发明的一个实施例中，负极接线片位于负极结构的堆叠部上，并且在具有负极接线片的堆叠部之间存在至少一个没有负极接线片的堆叠部。

14、在本发明的一个实施例中，所述多个负极接线片中的一个位于最上面的负极结构的堆叠部处，并且所述多个负极接线片中的另一个位于最下面的负极结构的堆叠部处。

15、在本发明的一个实施例中，所述多个负极接线片中的至少一个是从堆叠部纵向延伸到相邻堆叠部的结构的负极接线片。

16、在本发明的一个实施例中，两个或更多个负极接线片不位于电极组件中的负极结构的一个堆叠部上。

17、在本发明的一个实施例中，对于电极组件中负极接线片所在的负极结构的堆叠部，负极接线片的长度为堆叠部的长度的50％以下。

18、在本发明的一个实施例中，负极结构中的折叠部的长度是正极和负极结构的厚度之和的2至10倍。

19、根据本发明的第二方面，本发明提供了一种包括上述电极组件的电化学装置。

20、在本发明的一个实施例中，电化学装置是锂二次电池。

21、[本发明的效果]

22、根据本发明的一个实施例的电极组件可以应用于其中负极以负极结构连续连接的电极组件，从而允许负极接线片自由放置在负极上。在本发明的一个实施例中，与通常在电极组件的一层中包括至少一个负极接线片的常规电极组件相比，负极接线片的数量可以减少，这可以提高后续过程（诸如负极接线片的焊接过程）中的生产率。此外，在根据本发明的一个实施例的电极组件中，即使一些焊接的负极接线片失效，其它负极接线片也可以对其进行补偿。在根据本发明的一个实施例的电极组件中，减少负极接线片的数量不会显著影响电池的性能；相反，通过最小化负极接线片的数量可以预期提高单位重量的能量密度。

技术特征：

1.一种电极组件，包括负极结构和多个正极，

2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述负极接线片与所述负极的剩余部分一体地形成。

3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述多个负极接线片位于所述负极结构的在所述宽度方向上的两端中的仅一端处，并且在所述电极组件的高度方向上并排。

4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正极包括正极接线片，所述正极接线片在所述宽度方向上比所述第一分隔膜和所述第二分隔膜从所述负极结构突出得更多。

5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述负极接线片位于所述负极结构的所述堆叠部上，并且在具有所述负极接线片的所述堆叠部之间存在至少一个没有负极接线片的堆叠部。

6.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述多个负极接线片中的一个位于最上面的负极结构的堆叠部处，并且所述多个负极接线片中的另一个位于最下面的负极结构的堆叠部处。

7.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述多个负极接线片中的至少一个是从堆叠部纵向延伸到相邻堆叠部的结构的负极接线片。

8.根据权利要求1所述的电极组件，其中，两个或更多个负极接线片不位于所述电极组件中的所述负极结构的一个堆叠部上。

9.根据权利要求1所述的电极组件，其中，对于所述负极接线片所在的所述负极结构的所述堆叠部，所述负极接线片的长度为所述堆叠部的长度的50％以下。

10.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述负极结构中的所述折叠部的长度是所述正极和所述负极结构的厚度之和的2至10倍。

11.一种电化学装置，包括根据权利要求1-10中任一项所述的电极组件。

12.根据权利要求11所述的电化学装置，其中，所述电化学装置是锂二次电池。

技术总结提供了一种电极组件，所述电极组件包括负极结构和多个正极。所述负极结构包括第一分隔膜和第二分隔膜，以及插置在所述第一分隔膜和所述第二分隔膜之间的锂金属层。所述负极结构包括多个堆叠部和多个折叠部。所述电极组件具有其中所述负极结构的所述堆叠部和所述正极交替且顺序地堆叠的结构。所述负极包括多个负极接线片，所述多个负极接线片在横向方向上比所述第一分隔膜和所述第二分隔膜从所述负极结构突出得更多。所述负极接线片的数量比所述负极结构的所述堆叠部的数量少至少一个。根据本发明的一个特定实施例所述的电极组件具有减少数量的负极接线片，从而提高后续过程诸如负极接线片焊接过程中的生产率。技术研发人员：权纯宽,李昌勋,李炫受,李政勋,李种允受保护的技术使用者：株式会社LG新能源技术研发日：技术公布日：2024/11/4