电极组件、电极组件的制造方法和包括其的电池电芯

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年12月6日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2021-0173204和2022年12月1日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2022-0165842的权益，其全部内容以引用方式并入本文中。

本公开涉及一种电极组件、该电极组件的制造方法和包括该电极组件的电池电芯，并且更具体地说，涉及其刚度被补充的电极组件、该电极组件的制造方法和包括该电极组件的电池电芯。

背景技术

在现代社会中，随着诸如移动电话、笔记本计算机、摄像机和数码相机这样的便携式装置的日常使用，已积极开展与如上所述的移动装置相关的领域中的技术。另外，可充电/可放电的二次电池被用作电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、插电式混合动力车辆(P-HEV)等的电源，以试图解决由使用化石燃料的现有汽油车造成的空气污染等。因此，对开发二次电池的需求正在增长。

目前商业化的二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池和锂二次电池。其中，锂二次电池因其具有例如充放电自由、自放电速率非常低和能量密度高的优点而备受关注。

基于电池壳体的形状，二次电池可以被分类为其中电极组件被内置在圆柱形或棱柱形金属罐中的圆柱形或棱柱形电池以及其中电极组件被内置在由层叠的铝片材制成的袋形壳体中的袋型电池。

另外，二次电池可以基于电极组件的如下结构来分类，在该结构中，正极和负极在隔膜插置在正极和负极之间的情况下被层叠。典型地，可以有卷芯(包绕)型结构和层叠(层压)型结构等，在卷芯(包绕)型结构中长片材型正极和长片材型负极被卷绕而隔膜插置在正极和负极之间，在层叠(层压)型结构中，多个切割成预定单元大小的正极和负极被依次层叠而隔膜插置在正极和负极之间。近年来，为了解决卷芯式电极组件和层叠型电极组件引起的问题，已开发出作为卷芯型电极组件与层叠型电极组件的组合的层叠/折叠型电极组件。

图1是示出了电极组件由于重力而下垂的状态的图。

电极组件10是层叠型电极组件，并且主要通过层叠正极、隔膜、正极和隔膜或者依次层叠正极、隔膜、负极和隔膜来形成。在上述层叠处理之后，传送电极组件10以进行电极接头的焊接和电极接头-电极引线的焊接。此时，由于电极组件10的大小和重量，导致在电极组件10中可能出现如图1中所示的下垂现象。

当在电极组件10中出现下垂现象时，可能难以传送电极组件10以进行后续处理，并且在通过后续处理制造的电池电芯中可能出现缺陷。常规地，已通过压制电极组件10的压制处理或者通过层压形成电极组件的每个单元电芯，设计出补充电极组件10的刚度的方法。然而，上述方法的问题在于其不能应用于廉价的隔膜并且不能应用于各种产品。

发明内容

技术问题

本公开的目的是提供其整体刚度增强的电极组件、其制造方法和包括其的电池电芯。

然而，本公开的实施方式将要解决的问题不限于上述的问题，并且可以在本公开中所包括的技术思路的范围内进行各种扩展。

技术方案

根据本公开的一个实施方式，提供了一种电极组件，该电极组件包括：电芯层叠件，所述电芯层叠件中交替地层叠电极和隔膜；粘合剂层，所述粘合剂层形成在所述电芯层叠件的侧表面上；以及成品隔膜，所述成品隔膜包绕其上形成有所述粘合剂层的所述电芯层叠件的周缘，其中，所述粘合剂层包括激光吸收型粘合剂。

所述激光吸收型粘合剂可以包括对激光做出响应的激光标记材料。

所述激光标记材料可以能够吸收透射通过所述成品隔膜的激光能量。

所述激光标记材料可以包括SnO

所述激光标记材料还可以包括掺杂在SnO

所述激光标记材料的平均粒径值可以与所述激光的波长值相对应。

所述粘合剂层可以形成在所述电芯层叠件的所述隔膜的长边所位于的侧表面上。

所述隔膜可以具有通过使矩形片材弯曲而形成的锯齿形形状。

根据本公开的另一实施方式，提供了一种电极组件的制造方法，该方法包括以下步骤：形成其中交替地层叠电极和隔膜的电芯层叠件；将粘合剂涂敷到所述电芯层叠件的侧表面；用成品隔膜包绕涂敷有所述粘合剂的所述电芯层叠件的周缘；将激光照射到所述成品隔膜的外部；以及通过激光固化所述粘合剂以形成粘合剂层。

可以按照所述成品隔膜的特性选择激光的波长值。

所述粘合剂可以包括对激光做出响应的激光标记材料。

所述电芯层叠件可以包括锯齿形隔膜。

根据本公开的又一实施方式，提供了一种包括上述电池模块的电池电芯。

有益效果

根据实施方式，本公开的电极组件、该电极组件的制造方法和包括该电极组件的电池电芯可以通过在电极组件的两个侧表面上包括粘合剂层来提高整体刚度。

本公开的效果不限于上述效果，并且本领域的技术人员根据对所附权利要求书的描述，将清楚地理解以上没有提到的另外的其它效果。

附图说明

图1是示出了电极组件由于重力而下垂的状态的图。

图2是示出了根据本公开的一个实施方式的电极组件的图。

图3和图4是示出了根据本公开的一个实施方式的电极组件的制造处理的图。

图5是根据本公开的一个实施方式的电极组件的制造方法的流程图。

图6是示出根据本公开的一个实施方式的电极组件中所包括的隔膜的光学特性的图表。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细地描述本公开的各种实施方式，使得本领域的技术人员可以容易地实施它们。本公开可以按各种不同方式进行修改，而不限于本文中阐述的实施方式。

为了清楚地描述本公开，将省略与描述无关的部分，并且类似的附图标记在整个描述中表述类似的元件。

另外，在附图中，为了便于描述，任意地例示了每个元件的大小和厚度，并且本公开不一定限于附图中例示的大小和厚度。在附图中，为了清晰起见，夸大了层、区域等的厚度。在附图中，为了便于描述，夸大地例示了部件和区域的厚度。

另外，将理解，当诸如层、膜、区域或板这样的元件被称为“在”另一元件“上”或“上方”时，它可以直接在另一元件上，或者也可以存在中间元件。相比之下，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，这意味着不存在其它中间元件。另外，词语“上”或“上方”意味着布置在参考部分的上或下方，不一定意味着布置在朝向重力反方向的参考部分的上端上。此外，类似于它被描述为位于另一部分“上”或“上方”的情况，也将参考上述内容来理解它被描述为位于另一部分“下”或“下方”的情况。

另外，在整个描述中，当一部分被称为“包括”或“包含”某个部件时，这意味着该部分还可以包括其它部件而没有排除其它部件，除非另有阐述。

另外，在整个描述中，当它被称为“平面”时，这意味着当从上侧部观察目标部分时，并且当它被称为“横截面”时，这意味着当从垂直切割的横截面的侧部观察目标部分时。

现在，将描述根据本公开的一个实施方式的电极组件。

图2是示出了根据本公开的一个实施方式的电极组件的图。

参照图2，本实施方式的电极组件100是可充电/可放电的电力产生装置，并且可以包括电极110和120以及隔膜130。电极组件100中所包括的电极110和120可以包括正极110和负电极120，并且隔膜130被插置在相应的电极110和120之间，使得电极组件100可以具有正极110/隔膜130/负极120交替层叠的结构。这里，为了方便的缘故示出了图2中示出的正极110和负极120的位置，并且这些位置可以彼此改变。

这里，隔膜130可以具有通过将矩形隔膜片材弯曲而形成的锯齿形形状。换句话说，本实施方式的电极组件100可以通过依次层叠按照预定大小切割的电极110和120以及隔膜130来形成，但可以通过将正极110或负极120插置在弯曲成锯齿形图案的隔膜130中来形成。更具体地，隔膜130可以在正极110层叠的状态下覆盖正极110的方向上折叠，并且可以在负极120层叠在覆盖正极110的隔膜130上的状态下覆盖负极120的方向上折叠。此后，隔膜130可以在正极110层叠在覆盖负极120的隔膜130上的状态下覆盖正极110的方向上折叠。这样，可以通过重复地执行电极110和120的层叠以及隔膜130的折叠来形成电极组件100。

此外，为了防止电极组件100的下垂现象，常规地，已尝试通过压制处理或层压处理来补充电极组件100的刚度。然而，当在电极组件100中使用的隔膜130是廉价的隔膜时，不能应用上述处理，并且即使当该处理适用时，也存在电极组件100因施加压力或热量的压制处理或层压处理而损坏的问题。

然而，本实施方式的电极组件100包括形成在其侧表面上的粘合剂层140，由此能够补充电极组件100的刚度。本实施方式的电极组件100可以在省略向电极组件100施加压力或热量的过程的同时提高电极组件100的刚度，并且还可以包括廉价的隔膜。

粘合剂层140可以形成在电芯层叠件101(参见图3)的其中交替地层叠电极110和120以及隔膜130的侧表面上。这里，电芯层叠件101可以意指本实施方式的电极组件100中的电极110和120以及隔膜130的层叠。另外，本文中的电芯层叠件101的侧表面可以是指在其中交替地层叠电极110和120以及隔膜130的电芯层叠件101中多个电极110和120和/或隔膜130的端部被暴露的表面。

粘合剂层140可以与隔膜130接触。当制造电极组件100时，隔膜130的大小可以设置为大于电极110和120的大小，并且隔膜130的边缘可以突出超出电极110和120的端部。这里，突出隔膜130的边缘可以被称为“延伸部138(参见图3)”。

此外，即使当电极组件100通过锯齿形层叠形成时，隔膜130的边缘也可以突出超出电极110和120的端部。在通过以锯齿形层叠而形成的电极组件100中，电极110和120的两个端部中的一个端部可以被隔膜130覆盖，而另一端部可以不被隔膜130覆盖。此时，当正极110与负极120的大小不同时，延伸部138可以容易地形成在位于大小相对小的电极110和120的上表面和下表面上的隔膜130中。另选地，隔膜130的覆盖电极110和120的端部的一部分可以被称为延伸部138。

当延伸部138形成在隔膜130上时，粘合剂层140可以与不与电极110和120接触的隔膜130的延伸部138接触，由此能够固定隔膜130的形状。隔膜130和与其相邻的另一隔膜130可以通过粘合剂层140彼此固定。

此外，粘合剂层140在图2中被示出为与正极110接触，但粘合剂层140优选地不与正极110接触。这可能是因为粘合剂层140阻碍离子从正极110移动到负极120的流动。另外，优选的是，粘合剂层140不与负极120接触，但负极120不是直接充电区域，因此，可以比正极110与粘合剂层140之间的接触具有更小的影响。

粘合剂层140可以形成在电极组件100的所有侧表面上，但优选地可以仅形成在一些侧表面上。这可能是因为，如果在电极组件100的所有侧表面上形成粘合剂层140，则在电极110和120的电解质浸渍或活化过程期间，粘合剂层140阻碍电极组件100的气体放电。

粘合剂层140可以形成为完全覆盖电极组件100的一个侧表面，或者可以形成为部分覆盖其一个侧表面。如果粘合剂层140没有完全覆盖电极组件100的侧表面，则在电极110和120的电解质浸渍或活化过程期间，可以防止粘合剂层140阻碍电极组件100的气体放电。

粘合剂层140可以形成在电极组件100或电芯层叠件101的侧表面当中的电极110和120或隔膜130的长边位于其上的表面上。粘合剂层140可以形成在电极110和120或隔膜130的长边上。这可能是因为沿着比电极110和120或隔膜130的短边相对长的长边更频繁地出现下垂现象。然而，该描述并没有完全排除粘合剂层140可以形成在电极110和120或隔膜130的短边上。

此外，如果粘合剂层140形成在电芯层叠件101的侧表面上，则粘合剂层140的一个表面与电芯层叠件101接触，但粘合剂层140的另一表面不与其接触的粘合剂表面，并且具有相对弱的刚度，使得不能充分表现出由于粘合剂层140而得到的效果。

本实施方式的电极组件100可以包括用于向粘合剂层140提供粘合表面并且补充电极组件100的整体刚度的成品隔膜150。成品隔膜150可以包绕电芯层叠件101的周缘。成品隔膜150整体环绕电芯层叠件101的周缘，因此可以包绕电芯层叠件101的侧表面一次。另外，成品隔膜150环绕电芯层叠件101的周缘两次或更多次，因此可以包绕电芯层叠件101的侧表面不止一次。

成品隔膜150可以等同于上述的隔膜130。例如，当使用锯齿形层叠方法制造电极组件100时，折叠以覆盖最外面的电极110和120的隔膜130最终按照预定大小被切割。在切割隔膜130之前，隔膜130可以旋转一次并且包绕电芯层叠件101的周缘。此时，环绕电芯层叠件101的周缘的隔膜130可以被称为成品隔膜150。

成品隔膜150可以位于粘合剂层140外部。成品隔膜150可以通过粘合剂层140固定到电芯层叠件101。粘合剂层140的一个表面与电芯层叠件101接触，并且粘合剂层140的另一个表面可以与成品隔膜150接触。粘合剂层140位于电芯层叠件101和成品隔膜150之间，使得粘合剂层140的一个表面由电芯层叠件101支撑，并且另一侧部可以由成品隔膜150支撑。由此，可以更大程度地表现出改善电极组件100的刚度和耐久性的粘合剂层140的效果。

另一方面，可以通过施加诸如粘合剂树脂这样的粘合剂来形成粘合剂层140。然而，如果粘合剂是在室温下固化的材料，则它可以在被施加之后立即固化，因此，可能存在粘合剂层140没有粘合到成品隔膜150的问题。因此，本实施方式的粘合剂层140可以在成品隔膜150包绕电芯层叠件101之后固化，由此可以在电芯层叠件101和粘合剂层140之间或者在粘合剂层140和成品隔膜150之间形成粘合剂表面。然而，在以上示例中，由于粘合剂层140被成品隔膜150覆盖，因此固化粘合剂层140的方法可能存在限制。例如，UV可能不能够穿透成品隔膜150，在这种情况下，UV可固化粘合剂可能无法使用。

可以使用激光来固化本实施方式的粘合剂层140，并且可以按照成品隔膜150的特性来选择激光的波长等。激光的波长或输出可以在即使在渗透成品隔膜150的同时也没有损坏成品隔膜150的范围内选择。

粘合剂层140可以使用吸收激光并且其粘合剂成分被激光活化或固化的激光吸收型粘合剂。激光吸收型粘合剂可以包括对激光做出响应的激光标记材料。激光标记材料可以被特定波长的激光活化。激光标记材料可以被活化，由此产生热量，并且这种热量可以活化粘合剂的粘合剂成分或者固化粘合剂。激光标记材料可以以这种方式充当引发剂。经由激光固化粘合剂，使得粘合剂层140允许电芯层叠件101的侧表面和成品隔膜150彼此固定并且彼此粘合。

此外，在将用于粘合剂层140的激光吸收型粘合剂涂敷到电芯层叠件101的侧表面之后，可以存在预定的时间间隔，直到成品隔膜150包绕电芯层叠件101的周缘为止(其引起处于固化前状态的粘合剂在重力方向上流动)。因此，本实施方式中使用的激光吸收型粘合剂可以以高粘度状态提供，以防止施加之后流出，例如，它可以在25℃下具有90,000cP至110,000cP的粘度。

可以使用粘合剂聚合物、有机溶剂和激光标记材料作为起始材料来制备在粘合剂层140中使用的激光吸收型粘合剂。基于50重量份的粘合剂聚合物，激光吸收型粘合剂可以包含0.1重量份至0.5重量份的激光标记材料。如果包含量小于0.1重量份的激光标记材料，则激光吸收型粘合剂的激光吸收量低，从而可能使得难以固化粘合剂或者活化粘合剂成分，并且如果包含量大于0.5重量份的激光标记材料，则由于激光标记材料，造成激光标记材料和树脂的分散性可以降低，并且电解质的粘度可以增加。

另外，可以根据用于固化粘合剂层140的激光的波长值来选择粘合剂层140中所包括的激光标记材料的类型。可以选择激光标记材料，以具有与所使用激光的波长值相近的平均粒径值。激光标记材料的平均粒径值可以对应于激光波长值。这里，对应意味着即使激光波长值与平均粒径值不完全匹配，如果其误差在预定范围内(例如，在100nm内)，则可以被解释为“对应”。作为具体示例，当激光的波长值为900nm至1200nm时，可以选择激光标记材料，以具有800nm至1300nm的平均粒径。

接下来，将描述根据本公开的一个实施方式的电极组件的制造方法。

图3和图4是示出了根据本公开的一个实施方式的电极组件的制造处理的图。图5是根据本公开的一个实施方式的电极组件的制造方法的流程图。

参照图3至图5，本实施方式的电极组件的制造方法(S1000)可以包括：

形成其中交替地层叠电极110和120以及隔膜130的电芯层叠件101的步骤(S1100)，

将粘合剂142涂敷到电芯层叠件101的侧表面的步骤(S1200)，

用成品隔膜150包绕涂敷有粘合剂142的电芯层叠件101的周缘的步骤(S1300)，将激光照射到成品隔膜150的外部(S1400)，以及

通过激光固化粘合剂142以形成粘合剂层140(S1500)。

在形成电芯层叠件101的步骤(S1100)中，可以使用任何已知的方法，只要电极和隔膜按正极110、隔膜130、负极120、隔膜130的顺序层叠，或者按负极120、隔膜130、正极110和隔膜130的顺序层叠即可。例如，电芯层叠件101可以制造成层叠形状，或者可以制造成锯齿形形状。参考图3中的“步骤1”来描述步骤(S1100)。

在将粘合剂142涂敷到电芯层叠件101的侧表面的步骤(S1200)中，可以使用任何已知的方法作为施加粘合剂142的方法。例如，可以气动或压电地施加粘合剂142。另外，粘合剂142可以通过点施加方法以点形式施加，或者通过线施加方法以线形式施加。此外，为了防止所施加的粘合剂142顺着流动，粘合剂142可以以高粘度状态提供，例如，它可以在25℃下具有90,000cP至110,000cP的粘度。可以参考图3中的“步骤2”来描述步骤(S1200)。

在用成品隔膜150包绕涂敷有粘合剂142的电芯层叠件101的周缘的步骤(S1300)中，成品隔膜150可以等同于隔膜130。例如，当通过锯齿形层叠方法形成电芯层叠件101时，隔膜130覆盖最外面的电极110和120的一个表面，然后可以在被切割之前包绕电芯层叠件101的周缘。此时，包绕电芯层叠件101的周缘的隔膜130可以被称为成品隔膜150。当成品隔膜150包绕电芯层叠件101的周缘时，可以向电芯层叠件101施加一定或更大的力，由此粘合剂142可以稳定地位于电芯层叠件101和成品隔膜150之间。可以参考图3中的“步骤3”来描述步骤(S1300)和(S1400)。

在将激光照射到成品隔膜150的外部的步骤(S1400)中，可以根据成品隔膜150的特性来选择激光的波长值等。激光的波长或输出可以在即使在穿透成品隔膜150的同时也没有损坏成品隔膜150的范围内选择。

例如，当隔膜是包含氧化铝(Al

通过激光固化粘合剂142，由此在形成粘合剂层140的步骤(S1500)中，粘合剂142中所包括的激光标记材料可以吸收所照射激光的能量。激光标记材料吸收能量，由此可以表现出粘合剂142的粘合剂成分，因此可以密封电芯层叠件101的侧表面。参考图3中的“步骤4”来描述步骤(S1500)。

接下来，将描述用于确认可以用于制造本实施方式的电极组件的激光的特性的实验。

图6是示出根据本公开的一个实施方式的电极组件中所包括的隔膜的光学特性的图表。

参照图6，当本实施方式的隔膜130是SRS隔膜时，可以确认根据光源波长值的吸光率和反射率。如上所述，SRS隔膜包括氧化铝，并且光可以被氧化铝散射或反射。因此，当在本实施方式中使用SRS隔膜时，可以适当地使用波长为900nm以上或900nm至1200nm的光源。

参照图6的反射率图表，当使用980nm激光时，可以看到在100％输出时，约40％的光穿透SRS隔膜。基于此，在该实验中，使用980nm激光作为光源，并且根据输出水平和能级来确认隔膜是否出现损坏。

[表1]

参照表1中的实验结果，确认了根据980nm激光的能级，隔膜可能损坏。本文中的线能量可以是通过将激光输出(J/s)除以扫描速度(mm/s)而获得的值。另外，本文中的25％输出或35％输出意味着调节激光的扫描速度以设置表1中示出的线能量值，并且35％输出利用比25％输出更高的输出能量。

具体地，为了防止在使用波长为980nm的激光时隔膜损坏，可以适当地用小于2.50J/mm的能量照射隔膜。这里，波长为980nm的激光器的优选能级可以为1.25J/mm以上且小于2.50J/mm或者1.25J/mm以上且2.49J/mm以下。这里，上述能级可以是基于激光器输出为25％的情况的值。

下面，将描述可以用于本实施方式的电极组件的粘合剂层的粘合剂的实验。

[实验例1]

将50重量份的粘合剂聚合物和0.1重量份的激光标记添加剂(激光标记材料)溶解在200重量份的有机溶剂中，以制备混合物。使用机械搅拌器等充分搅拌混合物，然后使用真空烘箱干燥溶剂，以制备粘合剂树脂。这里，可以使用热熔粘合剂作为粘合剂聚合物，并且具体地，可以使用来自3M的3762颗粒(3762pellet)。另外，可以使用来自Merck的Iriotec8850或Iriotec 8841作为激光标记添加剂，并且可以使用甲苯作为有机溶剂。

[实验例2]

除了使用0.2重量份的激光标记添加剂之外，以与实验例1中相同的方式制备粘合剂树脂。

[实验例3]

除了使用0.3重量份的激光标记添加剂之外，以与实验例1中相同的方式制备粘合剂树脂。

[实验例4]

除了使用0.4重量份的激光标记添加剂之外，以与实验例1中相同的方式制备粘合剂树脂。

[实验例5]

除了使用0.5重量份的激光标记添加剂之外，以与实验例1中相同的方式制备粘合剂树脂。

[比较例1]

除了使用0.6重量份的激光标记添加剂之外，以与实验例1中相同的方式制备粘合剂树脂。

[比较例2]

除了使用0.05重量份的激光标记添加剂之外，以与实验例1中相同的方式制备粘合剂树脂。

当使用实验例1至5和比较例1和2中制备的粘合树脂作为粘合剂来制造电极组件100时，获得表2中示出的结果。

[表2]

如表2所示，如果包括小于0.1重量份的量的激光标记添加剂，则激光吸收量低，因此，粘合性能活性不会表现为期望的水平。另外，如果包括大于0.5重量份的量的激光标记添加剂，则存在由于激光标记添加剂而导致分散性劣化或电池电芯中包含的电解质的粘度或浓度增加的问题。因此，在本实施方式的电极组件100的制造中，为了形成粘合剂层140并且表现出由此得到的效果，基于50重量份的粘合剂聚合物，可以适当地包括0.1重量份至0.5重量份的激光标记添加剂。

此外，上述本实施方式的电极组件100可以与电解质溶液一起被储存在电芯壳体中并且作为电池电芯提供。

根据本发明的一个实施方式的电池电芯可以包括：电极组件100，在电极组件100中多个电极和多个隔膜交替层叠；电极引线，所述电极引线连接到从多个电极延伸的电极接头；以及电芯壳体，该电芯壳体在电极引线的一个端部突出的状态下密封电极组件。

此外，上述电池电芯可以在一个方向上层叠以形成电池电芯层叠件，并且可以与控制和管理电池的温度、电压等的电池管理系统(BMS)和/或冷却装置一起被模块化为电池模块，以形成电池组。电池组可以应用于各种装置。例如，应用电池组的装置可以是诸如电动自行车、电动车辆或混合动力车辆这样的车辆装置，但本公开不限于此，并且根据本实施方式的电池组可以用于除了以上例示之外的也落入本公开的范围内的各种装置。

尽管以上已参照本发明的优选实施方式详细描述了本发明，但本公开的范围不限于此，并且本领域的技术人员可以使用随附权利要求书中限定的本公开的基本构思进行的也落入本公开的范围内的各种修改和改进。

[附图标记的描述]

100：电极组件

101：电芯层叠件

110：正极

120：负极

130：隔膜

140：粘合剂层

150：成品隔膜