具有多个阶状平台的电极组件以及包括该电极组件的电池单体、电池组和装置

摘要

本发明提供了一种包括堆叠电极本体的电极组件，其中，多个电极单元利用至少两个矩形分离膜缠绕并堆叠，其中，该至少两个矩形分离膜中的至少一个置放在每一个电极单元的上表面和下表面上，其中，置放在一个表面上的分离膜中的至少一个不同于置放在另一个表面上的分离膜，并且其中，该堆叠电极本体包括至少一个阶状平台，该阶状平台是通过以分离膜中的一个作为边界堆叠关于相邻的电极单元具有面积差异的电极单元而形成的。

说明书

技术领域

本发明的实施例涉及一种电极组件，更具体地，涉及如下一种电极组件：该电极组件具有台阶，并具有至少两种不同尺寸的电极单元。 

本发明的实施例还涉及一种制造包括上述电极组件的电池单体、电池组、装置及电池的方法。 

背景技术

随着移动设备的技术发展以及对其需求的增加，对二次电池的需求也迅速增加了。特别地，在能量密度、工作电压水平、存放、和延长的寿命特性等方面具有优异性的锂二次电池已经在各种电子产品以及各种移动设备中广泛用作能量源。 

通常，锂二次电池具有将电极组件和电解质密封在电池外壳内的结构，根据其外形，锂二次电池主要分为柱状电池、方形电池、袋式电池等，并且还可以分为锂离子电池、锂离子聚合物电池、锂聚合物电池等。 

根据最近的、移动设备小型化的倾向，对厚度较薄的方形电池和袋式电池的需求增加了。特别地，对重量轻的袋式电池的兴趣增大了。 

根据其类型，容纳在电池外壳中的电极组件可以分成凝胶卷式（卷绕式）电极组件、堆叠式（层叠式）电极组件、层叠堆叠式电极组件、或者堆叠折叠式（复合式）电极组件。 

通过如下方式来制造凝胶卷式电极组件：在用作集电器板的金属箔上涂覆电极活性材料并挤压该电极活性材料，该金属箔将被切割成具有所需宽度和长度的带的形式。之后，使用分离膜将阴极和阳极分隔开，然后螺旋地卷绕，由此制造出凝胶卷式电极组件。另外，通过将阴极、分离膜和阳极沿竖直方向堆叠来形成堆叠式电极组件。此外，能够以如下方案来制造复合式电极组件：把包括阴极/分离膜/阳极的多个单元电池布置在片状分离膜上，然后折叠该片状分离膜以使所述多个单元电池相互堆叠。 

一般来说，由于通过将彼此具有相同尺寸的单元电池或各个电极相互堆叠的方案来制造现有技术的电极组件，大大减小了形状方面的自由度，因此，对实现各种设计而言存在很多限制。此外，为了更改设计，将在制造各个电极、堆叠多个电极或电连接时存在许多需要采取相对复杂的困难工艺的情形。 

这样，最近的移动设备已经被生产为各种类型的新产品，因此也要求安装在移动设备中的电池具有各种形式。因此，基于移动设备的形式，需要一种具有如下设计方案的新型电极组件来满足上述要求：此设计方案使得容易制造出能够根据采用该电池单体的装置的形式而改变为各种形式的电池。 

发明内容

技术问题 

本发明的一个方面提供了一种能够以各种设计实现的电极组件。 

本发明的一个方面提供了一种重量轻且具有优良电气容量特性的电极组件。 

本发明的一个方面提供了包括根据该创造性构思的电极组件的电池单体、电池组和装置。 

技术方案 

本发明的一个方面提供了一种包括电极层合体的电极组件，该电极层合体具有多个电极单元，所述多个电极单元在至少两个矩形分离膜中被卷绕而相互堆叠，该电极组件特征在于，不同的矩形分离膜布置在所述多个电极单元中的一个电极单元的至少一部分的上表面和下表面上，并且该电极层合体包括至少一个台阶，该台阶是通过把与其相邻的电极单元具有面积差异的电极单元、在以所述矩形分离膜中的一个作为所述电极单元之间的边界的情况下进行堆叠而形成的。 

所述电极组件可以包括一个或两个台阶。 

所述电极层合体可以是堆叠折叠式电极层合体，例如是沿着单一方向卷绕的缠绕式电极层合体，或者是以蜿蜒迂回方式卷绕的Z字折叠式电极层合体。 

所述电极层合体可以包括布置在所述矩形分离膜的一个表面或两个表面上以进行卷绕的电极单元。 

通过允许具有相反极性的电极在以矩形分离膜作为它们之间的边界的情况下彼此面对，可以形成所述台阶。在所述具有相反极性的电极中，具有较大的面积的电极可以是阴极。 

各个电极单元可以是从如下的单元电池构成的组中选出的至少一个：在该单元电池中，阴极、阳极、以及至少一个阴极和至少一个阳极可以在它们之间插入有分离膜的情况下相互交替地堆叠。在此情形中，各个单元电池可以是从如下项构成的组中选出的至少一个：凝胶卷式单元电池、堆叠式单元电池、层叠堆叠式单元电池、以及堆叠折叠式单元电池。所述单元电池可以包括至少一个台阶。 

该电极组件还可以包括单个电极，所述单个电极被堆叠在电极层合体的上部和下部的至少一个堆叠表面上。在此情形中，该单个电极可以与电极层合体一起形成所述台阶。该单个电极可以是极性与布置在电极层合体的堆叠表面的边缘上的电极的极性相反的电极。 

该电极组件还可以包括至少一个第二电极层合体，所述至少一个第二电极层合体选自由以下项构成的组：堆叠式电极层合体、层叠堆叠式电极层合体、凝胶卷式电极层合体、堆叠折叠式电极层合体、以及通过将它们中的至少两种相组合而形成的电极层合体，以作为堆叠在所述电极层合体的上部和下部的一个堆叠表面上的电极层合体。在此情形中，所述第二电极层合体可以具有台阶。 

该电极组件还可以包括堆叠在所述电极层合体和第二电极层合体中的至少一个层合体上的单个电极。 

所述多个电极单元可以具有相同厚度或不同厚度。 

所述分离膜可以布置在外侧，布置在电极组件的沿其厚度方向的最外侧部分上的电极可以是单表面涂覆的电极，所述单表面涂覆的电极的一个表面上具有未涂覆电极活性材料的非涂覆部分，该非涂覆部分可以布置成指向外部，并且所述分离膜可以暴露于外部。在此情形中，该单表面涂覆的电极可以是阳极。 

分离膜可以布置在外侧，并且，布置在电极组件的最外侧部分上的电极可以是阴极。 

所述电极层合体可以包括至少一个电极单元，所述至少一个电极单元包括至少一个具有不同形状的角部。 

所述电极层合体可以包括至少一个电极单元，所述至少一个电极 单元包括至少一个具有弯曲表面形状的角部。在此情形中，具有该至少一个具有弯曲表面形状的角部的电极单元可以设置为至少两个，并且该至少一个电极单元可以包括具有弯曲表面形状的角部，该弯曲表面形状具有与其它电极单元的曲率不同的曲率。 

所述电极层合体可以堆叠成使得电极单元的面积在所述电极单元被堆叠的厚度方向上减小，并且所述电极层合体可以堆叠成阵列，在该阵列中，各个电极单元的一个角部相互对准。 

电极层合体可以堆叠成使得：彼此相邻的电极单元中的一个被包括在与其不同的电极单元的堆叠表面中。在此情形中，所述电极层合体可以堆叠成使得电极单元的中心相互对准。 

所述电极单元可以包括与各个电极的极性对应的电极接线片，并且所述电极接线片可以具有相同尺寸或不同尺寸。电极接线片可以附着到所述电极单元中的一个电极单元的端部或附接到该一个电极单元的彼此相反的端部。 

本发明的一个方面提供了一种电池单体，通过包括将容纳在电池外壳中的上述电极组件来提供该电池单体。该电池单体可以是锂离子二次电池或锂离子聚合物二次电池。电池外壳可以是袋式外壳。在此情形中，电池外壳可以在其内部容纳电极组件，并可以包括台阶或倾斜表面以对应于电极组件的形状。 

本发明的一个方面提供了一种包括至少一个上述电池单体的装置。在此情形中，所述电池单体可以在其剩余空间中容纳该装置的系统构件。该装置可以是移动电话、便携式计算机、智能手机、智能平板、笔记本电脑、轻型电动车、电动车辆、混合动力车辆、外接插电式混合动力车辆、或电力存储装置。 

有利效果 

如上所述，根据该创造性构思的实施例，可以通过单一过程、通过使用至少两个矩形分离膜以堆叠折叠式方案相互堆叠电极单元而获得具有台阶的电极组件，由此实现各种电池设计。 

在制造具有台阶的电极组件时，阳极和阴极可以在以分离膜作为它们之间的边界的情况下交替地布置，从而可以在不制造单元电池的情况下使用单个电极来制造电极组件并获得组装的单元电池，由此简化过程。 

可以在制造电池时使用根据实施例的、具有台阶的电极组件，由此在设计方面、可以显著地减小由于一种元件产生的死空间，从而提高空间利用率并增大电池容量。 

另外，提供一种电极组件，使得不同类型的电极在具有不同尺寸的单元电池之间的界面处彼此面对，因此，可以在界面部分中产生电化学反应。结果，与具有相同尺寸的现有电池相比，可以实现较高的输出。 

虽然已结合实施例示出并描述了该创造性构思，但本领域技术人员将会清楚，在不偏离由所附权利要求限定的该创造性构思的精神和范围的情况下，可以进行各种修改和变型。 

附图说明

图1是电极单元的张开状态的展开图，所述电极单元排列在两个矩形分离膜上，以组装根据该创造性构思的一个实施例的、具有台阶的电极组件； 

图2是通过以缠绕方式折叠图1所示地展开的电极单元而组装成的、堆叠折叠式电极组件的截面图； 

图3是示出了电极单元的展开图，所述电极单元排列在两个矩形 分离膜上，以组装根据该创造性构思的一个实施例的、具有台阶的电极组件； 

图4是通过以缠绕方式折叠如图3所示地展开的电极单元而组装成的堆叠折叠式电极组件的截面视图； 

图5是示出了电极单元的展开图，所述电极单元排列在两个矩形分离膜上，以组装根据该创造性构思的一个实施例的、具有台阶的电极组件； 

图6是通过以Z字折叠和缠绕相组合的方式折叠如图5所示地展开的电极单元而组装成的堆叠折叠式电极组件的截面图； 

图7示出了根据一实施例的、通过使用两个矩形分离膜连续形成凝胶卷式电极层合体和缠绕式电极层合体而组装成的电极组件； 

图8是根据一实施例的电极组件的截面图，该电极组件内包括相互堆叠的电极层合体和堆叠式电极层合体； 

图9示出了根据一实施例的、通过使用两个矩形分离膜连续形成Z字折叠式电极层合体和缠绕式电极层合体而组装成的电极组件； 

图10是根据一实施例的、通过将缠绕式堆叠折叠电极层合体、Z字折叠式堆叠折叠层合体和单个电极相互堆叠而形成的电极组件的截面图； 

图11至图13示意性地示出了根据一实施例的、用作单元电池的层叠堆叠式单元电池的实例； 

图14A至图14C示意性地示出了根据一实施例的、具有单个台阶的电极组件的实例； 

图15A至图15C是根据该创造性构思的一个实施例获得的、具有台阶的电极组件的示意性截面图； 

图16至图22是根据该创造性构思的各种实施例提供的、具有台阶的电池单体的透视图； 

图23A是根据一实施例的电极接线片（electrode tabs）的平面图，图23B是电极接线片的前视图，分别图示了这些电极接线片相互堆叠的形式；并且 

图24和25示意性地示出了包括根据该创造性构思的一个实施例 的电极组件的袋式二次电池。 

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述各个实施例。然而，这些实施例能够以很多不同的形式体现，不应理解为仅限于在此阐述的实施例。而是，提供这些实施例仅是为了使本公开的内容彻底而完整，并向本领域技术人员完全传达该创造性构思的范围。在附图中，为了清楚起见，元件的形状和尺寸可能会夸大。 

根据该创造性构思的一个实施例，可以提供一种具有台阶的电极组件。具体地，通过使用至少两个矩形分离膜折叠具有面积差异的电极单元以允许阴极和阳极在分离膜介于二者之间的情况下相互堆叠，可以提供一种包括具有台阶的电极层合体的电极组件。 

根据本实施例，所述矩形分离膜例如可以是分别布置在阴极和阳极的两个表面上以使阴极与阳极绝缘的绝缘分离膜，例如，如图3和图5示意性地示出的，它可以是长度足以涵盖在其上排列的至少两个电极单元并能够在包围所述电极单元的同时进行折叠的分离膜。在本创造性构思的实施例中使用的分离膜以及上述矩形分离膜可以包括具有如下尺寸的分离膜：能够覆盖单元电极的一个表面，即电极的涂覆有电极活性材料的一个表面。 

可以使用如下的膜来形成所述分离膜：通过具有多微孔结构的聚丙烯或聚乙烯或其组合而制造的多层膜，或者用于固体聚合物电解质或凝胶式聚合物电解质（例如聚偏二氟乙烯、聚环氧乙烷、聚丙烯腈或聚偏二氟乙烯六氟丙烯共聚物）的聚合物薄膜，但该分离膜不受特别限制。 

上文所述的“折叠”是指堆叠折叠式方案，其中，矩形分离膜被折叠，以便在包围其上排列的电极单元的同时使这些电极单元相互堆 叠。在此情形中，该矩形分离膜可以折叠成与电极单元的宽度一致，但也可以大于电极单元的宽度。另一方面，如图2和4所示，可以使用沿着单一方向折叠分离膜的缠绕式方案来执行所述折叠，并且，如图6所示，也可以通过将缠绕式方案和Z字折叠式方案相组合来执行所述折叠。另外，如图10的层合体71中所示，可以使用沿着蜿蜒迂回方向执行折叠的Z字折叠式方案，例如丝网（screen）折叠式方案。 

另外，上文所述的“堆叠”是指：使一个电极单元中的电极的涂覆有电极活性材料的一个表面与另一个电极单元中的电极的涂覆有电极活性材料的一个表面在分离膜作为二者之间的边界的情况下彼此面对，使得该电极单元中包括多个层。在此情形中，所述”堆叠”可以是单元电极（例如阴极和阳极）之间的堆叠，可以是在相互堆叠的单元电池和单元电池之间的堆叠（即，至少一个阴极和至少一个阳极在二者之间以分离膜为边界的情况下相互堆叠的方案），或者可以是单元电极和单元电池之间的堆叠。 

同时，为了便于说明，电极单元堆叠或将要堆叠于其上的表面被定义为堆叠表面或一个表面，并且这里，在两个堆叠表面之间彼此面对的电极被定义为“对向电极”。此外，上文所述的“堆叠”可以定义为电极层合体。上述电极层合体本身可以用作电极组件，也可以堆叠在另一个电极层合体或电极单元上以获得电极组件。 

能够以如下方案来形成根据一实施例的电极组件：其中，将阴极和阳极相互交叉堆叠，使得分别涂覆有阴极电极活性材料和阳极电极活性材料的表面在分离膜作为二者之间的边界的情况下彼此面对。在此情形中，阴极和阳极分别设有在其两个表面上形成的分离膜。在下文中，当描述根据该创造性构思的实施例的电极组件或电极层合体时，除非另外明确描述，否则，各个电极应被理解为包括设置在其两个表面上的分离膜。因此，根据该创造性构思的实施例，形成电极组件的电极的所有堆叠表面都设有分离膜，因此不直接暴露于外部。 

根据实施例的、具有台阶的电极组件可以包括电极层合体，在该电极层合体中，多个电极单元在至少两个矩形分离膜中被卷绕而相互堆叠。各个电极单元的上表面和下表面设置有所述至少两个矩形分离膜中的至少一个。设置在电极单元的一个表面上的矩形分离膜可以不同于布置在电极单元的另一个表面上的矩形分离膜。所述电极层合体可以包括至少一个台阶，通过以所述矩形分离膜之一作为边界、对与其相邻的电极单元具有面积差异的电极单元进行堆叠来形成该台阶。 

因此，虽然不受特别限制，但如图1、3和5的展开图所示，该至少两个矩形分离膜41和42相互堆叠，电极单元排列在各个矩形分离膜41和42的一个表面或两个表面上，然后，在利用矩形分离膜41和42包围各个电极单元的同时折叠各个电极单元，由此获得了阴极20和阳极30交替堆叠的电极层合体。 

在本实施例中，所述电极单元排列在矩形分离膜上并被折叠，从而，作为形成电极层合体的各个单元，所述电极单元可以是阴极和阳极的各个单元电极，并且可以是如下的单元电池：在该单元电池中，至少一个阴极和至少一个阳极的单元电极在以分离膜作为二者之间的边界的情况下相互堆叠，以便产生电池反应。这里，布置在矩形分离膜的一个表面上的电极单元或布置在矩形分离膜的两个表面上的电极单元可以是相同或不同的。 

虽然为了方便图示、根据该创造性构思的实施例的附图示出了通过使用并折叠两个矩形分离膜而将电极组件制造为具有台阶的情形，但应该理解，也可以通过将电极单元排列在三个或更多个矩形分离膜上而组装成电极组件。 

如图1和5所示，阴极20和阳极30的单元电极分别排列在所述两个矩形分离膜41和42的一个表面或两个表面上，并且，所述矩形 分离膜包围各个电极而进行折叠，由此获得如图2和6所示的电极组件1。 

在此情形中，所述阴极和阳极不受特别限制，而是，通常所使用的任何电极都可适当地应用于该创造性构思的实施例。 

例如，虽然不受特别限制，但可以通过以从如下项组成的组中选出的一种或多种阴极活性材料涂覆使用铜（Cu）、镍（Ni）、铜合金或其组合而制造的阴极集电器的一个表面或两个表面来形成阴极：锂金属、锂合金、碳、石油焦炭、活性碳、石墨、硅化合物、锡化合物、钛化合物、其合金及其组合。 

另外，可以通过以诸如锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂锰钴氧化物、锂镍氧化物、其组合、其复合氧化物等的阳极活性材料涂覆使用铝（Al）、镍（Ni）、其合金或其组合而制造的阳极集电器的一个表面或两个表面来形成阳极。 

这里，如图1的A和B所示，在彼此具有相同面积的电极单元中，所述电极集电器21和31可以与阴极及阳极的集电器21和31基本具有相同的尺寸。另一方面，虽然不受特别限制，但电极活性材料22和32可以涂覆在集电器21和31的全部表面上，在此情形中，两个电极20和30可以具有相同尺寸。 

然而，在此情形中，阳极活性材料中包含的锂可能在电池反应期间析出，从而可能降低电池性能。因此，在某些情形中，集电器的远端部分可以不被涂覆，在此情形中，涂覆在阴极集电器21上的阴极活性材料22的面积可以大于涂覆在阳极集电器31上的阳极活性材料32的面积。从而，可以防止锂从阳极活性材料32中析出。 

在上述各个电极的情形中，涂覆在电极集电器上的电极活性材料 上可以具有相同的施加量或不同的施加量。通过使电极活性材料的施加量不同，可以使电极的厚度不同。根据某些情形，在单个电极中，电极活性材料的施加量在电极的两个表面上可以是不同的，从而非对称地涂覆在这两个表面上上。此外，如图6的C所示，该电极可以是单表面涂覆的电极：其中，它的一个表面是涂覆有电极活性材料的电极保持部，它的另一个表面是未涂覆有电极活性材料的非涂覆部。虽然图6的C示出了单表面涂覆的阳极33，但所述阴极也可以是如上所述的、单表面涂覆的阴极。这种单表面涂覆的电极可适合用作电极组件的最外侧电极。 

另一方面，通过将单元电池排列在至少两个矩形分离膜上并折叠所述矩形分离膜以包围所述单元电池，可以获得根据实施例的、具有台阶的电极层合体。所述单元电池可以是堆叠式单元电池、层叠堆叠式单元电池、堆叠折叠式单元电池、凝胶卷式单元电池等，但不应认为它仅限于此。 

上述各个单元电池可以是通过将至少一个阳极和至少一个阴极在分离膜作为二者之间边界的情况下交替地堆叠而形成的单元电池，例如，可以是具有诸如堆叠在其内的阳极/分离膜/阴极结构的层合体，或者可以是具有如下结构的层合体：其中，布置在两个表面上的电极具有彼此相同的极性，例如，堆叠在其内的阳极/分离膜/阴极/分离膜/阳极/分离膜/阴极的结构，但不应该它仅限于此。另外，上述单元电池可以是如下的层合体：其中，阴极和阳极在分离膜作为二者之间边界的情况下相互分离并且阳极布置在两个表面上，例如，阳极/分离膜/阴极/分离膜/阳极或者阳极/分离膜/阴极/分离膜/阳极/阴极/分离膜/阳极的结构。此外，上述单元电池可以是如下的层合体：其中，阴极和阳极在分离膜作为二者之间边界的情况下相互分离并且阴极布置在两个表面上，例如阴极/分离膜/阳极/分离膜/阴极或者阴极/分离膜/阳极/分离膜/阴极/分离膜/阳极/分离膜/阴极的结构等。在上述单元电池中，图3的展开图和图4的电极组件中示出了使用堆叠式单元电池的实例。 

另外，在该创造性构思的实施例中，“堆叠式单元电池”应理解为包括以上述典型方案制造的电极层合体以及以如下方案制造的电极层合体：其中，将至少一个阳极、至少一个阴极和至少一个分离膜相互层叠以形成具有基本结构的单元电池，之后，把具有这种基本结构的单元电池相互堆叠（在下文中，将称作“层叠堆叠式方案”）。 

当以层叠堆叠式方案制造电极层合体时，可以使用具有上述基本结构的、包括至少一个阳极、至少一个阴极和至少一个分离膜的任何单元电池，但其构造不受特别限制。 

然而，当以层叠堆叠式方案制造电极层合体时，从工艺简便性和经济可行性方面考虑，所述单元电池可以具有由阴极/分离膜/阳极/分离膜或者分离膜/阴极/分离膜/阳极构成的基本结构。这里，所述层叠堆叠式单元电池可以具有一个或多个基本结构。 

同时，以层叠堆叠式方案制造的电极层合体可以仅由包括上述基本结构的电极单元构成，并且也可以通过将具有这种基本结构的电极单元与具有另一不同结构的电极单元相组合而构成。 

图11到13示出了使用层叠堆叠式方案制造的电极层合体的各种实例。 

图11示出了由具有分离膜45/阴极20/分离膜45/阳极30的基本结构的电极单元65构成的、以层叠堆叠式方案制造的电极层合体。在图11中，虽然示出了具有分离膜/阴极/分离膜/阳极的基本结构，但也可以使用通过改变阳极和阴极的定位位置而提供的、分离膜/阳极/分离膜/阴极的基本结构。同时，如图11所示，当电极单元的基本结构是包括分离膜/阴极/分离膜/阳极的结构时，在电极层合体的、沿着电极组件的厚度方向的最外侧部分上无分离膜的情况下，阳极被暴露。在使用这 种基本结构的情形中，暴露于沿厚度方向的最外侧部分的阳极可以是单表面涂覆的阳极，在考虑到容量等而设计电极时使用的、所述单表面涂覆的阳极的暴露表面未涂覆有活性材料。另一方面，虽然图11示出了电极单元具有单个基本结构的情形，但该创造性构思不应认为仅限于此。例如，也可以使用两个或更多基本结构被反复相互堆叠的结构作为单个电极单元。 

图12示出了层叠堆叠式电极层合体，其中，具有分离膜45/阴极20/分离膜45/阳极30基本结构的电极单元65以及具有分离膜45/阴极20/分离膜45结构的电极单元66相互堆叠。如图12所示，当具有分离膜45/阴极20/分离膜45结构的电极单元被堆叠在电极组件的沿厚度方向的最外侧表面上时，可以在防止阳极30暴露于外部的同时增加电气容量。以与上文的描述类似的方式，在其中阴极位于电极本体的沿着电极组件的厚度方向的最外侧部分上的阵列情形中，具有分离膜/阳极/分离膜结构的电极单元可以堆叠在其上部上。这种情形可以具有能够大大利用阴极容量的优点。 

图13示出了一种电极层合体，其中，具有阴极20/分离膜45/阳极30/分离膜45基本结构的电极单元68以及具有阴极20/分离膜45/阳极30/分离膜45/阴极20结构的电极单元67相互堆叠。如图13所示，当具有阴极20/分离膜45/阳极30/分离膜45/阴极20结构的电极单元67被堆叠在电极层合体的沿着电极组件的厚度方向的最外侧部分上时，可以在防止阳极暴露于外部的同时增加电气容量。 

如图12和13所示，通过将单个电极、分离膜或与上述电极单元具有不同阵列及构造的单元电池与具有上述基本结构的电极单元相组合，可以形成使用层叠堆叠式方案制造的电极层合体。具体地，当具有基本结构的电极单元相互堆叠时，从防止阳极暴露于外部和/或增加电池容量的角度来看，单个电极、单表面涂覆的电极、分离膜或与上述电极单元具有不同阵列及构造的单元电池可以布置在电极层合体的 沿其厚度方向的一个最外侧表面和/或两个最外侧表面上。另一方面，图12和13示出了具有不同结构的电极单元被堆叠在所述电极层合体上，但不应认为其仅限于此。例如，根据需要，该具有不同结构的电极单元也可以堆叠在所述电极层合体下方，并且，该具有不同结构的电极单元还可以堆叠在所述电极层合体的上部和下部上。 

同时，根据本创造性构思的实施例的堆叠折叠式单元电池可以是通过把排列在至少一个或两个矩形分离膜上的至少两个电极单元以堆叠折叠方式（例如缠绕式方案、Z字折叠式方案等）进行折叠而获得的单元电池。虽然图中没示出，但排列在该矩形分离膜上的电极单元可以是堆叠式电极层合体、层叠堆叠式电极层合体、凝胶卷式电极层合体、或堆叠折叠式电极层合体，也可以是它们的组合。 

所述单元电池可以是其中具有相同面积的电极单元被相互堆叠的单元电池，也可以是其中具有面积差异的电极单元被相互堆叠而具有台阶的单元电池。当使用其中具有相同面积的电极单元被相互堆叠的单元电池时，所述具有相同面积的电极单元可以相互堆叠，同时，面积和与其相邻的单元电池的面积不同的单元电池可以被堆叠，由此形成台阶，并且，可以通过与所述具有台阶的单元电池相组合来堆叠单元电池，由此使该单元电池上具有台阶。 

在本实施例中，堆叠式单元电池、层叠堆叠式单元电池、堆叠折叠式单元电池和凝胶卷式单元电池可以单独排列或排列成在矩形分离膜上相组合，使得可以组装出根据本实施例的电极层合体。另外，可以通过将单一单元与上述单元电池一起排列在矩形分离膜上而组装该电极组件。 

电极单元在矩形分离膜上排列的顺序不受特别限制，但这些电极单元可以排列成使得：阴极和阳极在通过折叠矩形分离膜而获得的电极层合体中交替地相互堆叠。通过交替地堆叠所述阴极和阳极，可以 在阴极和阳极以分离膜作为二者之间边界的情况下彼此面对的堆叠表面上发生电池反应。 

在此情形中，电极层合体的各个电极单元的上表面和下表面可以通过该矩形分离膜而与其相邻的电极单元的上表面和下表面分离。例如，当如图1、3和5所示地使用两个矩形分离膜形成电极层合体时，如图2、4和6所示，一个第一分离膜可以沿着电极组件1（或电极层合体71和72）的堆叠方向位于一个电极单元的上堆叠表面上，另一个第二分离膜可以位于下堆叠表面上，以便与邻接地堆叠的电极单元分离。根据电极单元在矩形分离膜上排列的形式，同一个分离膜可以位于一个电极单元的两个表面上。在此情形中，至少不同的矩形分离膜可以同时定位成使得不同的矩形分离膜存在于一个电极单元的上表面和下表面上。 

另外，如图1、3和5所示，所述多个矩形分离膜可以具有相同长度，以在折叠时允许它们被同时折叠，并且，虽然图中未示出，但其长度也可以是不同的，以便允许其折叠。 

同时，根据电极单元在所述矩形分离膜上排列的方式，例如，在最初折叠时，电极单元可以在未被矩形分离膜包围的情况下堆叠。在此情形中，可能发生如下问题：即，电极单元在未被分离膜分离的情况下被堆叠在与其相邻的电极单元上。为了防止这种缺点，以如图1、3和5所示，可以包括空闲区域47以覆盖最初折叠的电极单元，在空闲区域47中，电极单元没有排列在矩形分离膜41和42上。 

可以如图1和3所示地设置有空闲区域47（在该空闲区域47中，在矩形分离膜41和42的初始位置处未布置电极单元），使得：通过在先前覆盖所述电极单元之后执行分离膜的折叠，可以将电极单元在分离膜的边界处堆叠在与其相邻的电极单元上。另外，如图5所示，可以在最初折叠的电极单元和与其相邻的电极单元之间形成预定的空 闲区域47，使得该最初折叠的电极单元被折叠而不是堆叠在与其相邻的电极单元上，由此，防止了电极堆叠表面彼此直接面对并在它们之间未设有分离膜41和42的情况下相互堆叠。 

另外，虽然图中没有示出，但当不应用上述空闲区域时，用于在电极和电极之间进行分离的单独分离膜可以在二者之间的界面处置于电极和电极之间。 

根据本实施例的电极层合体可以包括至少一个台阶，并且，可以通过将至少一个电极单元和与其具有面积差异的电极单元彼此邻接地堆叠来形成该台阶。可以根据由此要求的电池形状来适当地形成这种台阶。 

电极单元的“面积差异”是指：在一个电极单元和与其相邻的电极单元中，其长度或宽度具有不同的结构从而具有不同的面积。 

例如，在一个实施例中，可以通过堆叠具有不同长度或不同宽度的电极单元来获得电极组件。电极单元的尺寸差异不受特别限制，只要这些电极单元相互堆叠而能够形成具有台阶的电极组件即可，例如，较小电极单元的长度或宽度可以是较大电极单元的宽度或长度的20%至95%，具体地，其范围可以是较大电极单元的宽度或长度的30%至90%。所述电极单元可以具有如下结构：即，其宽度或长度可以不同，或者其宽度和长度都不同。 

在所述电极层合体中，在具有面积差异的一个电极单元和与其相邻的电极单元彼此面对以形成台阶的界面处，具有不同极性的电极可以在分离膜作为它们之间边界的情况下彼此面对。这样，通过允许具有不同极性的电极彼此面对，也可以在形成有台阶的界面处获得电池反应，从而增加了电池容量。 

在此情形中，在形成台阶的界面处的对向电极中，与具有较大面积的电极单元相面对的电极可以布置为阴极。即，当具有不同面积的电极单元在分离膜作为二者之间边界的情况下、在电极层合体中彼此面对时，具有较大面积的电极单元的堆叠表面的一部分可以指向外部。在此情形中，当指向外部的电极单元的电极是阳极时，阳极表面的阳极活性材料中包含的锂可能会从阳极表面析出，从而电池寿命可能缩短或电池稳定性可能降低。 

出于与上文相同的原因，如图2、4以及图7到10所示，在通过将电极单元相互堆叠而获得的电极组件1中，所述电极单元可以布置成使得阴极20位于电极组件1的沿其厚度方向的最上部和最下部的两个表面上。另外，如图6所示，除了阴极20，阳极30也可以布置在电极组件1的两个表面中的至少一个表面上，但在此情形中，如图6的C所示，阳极30可以是在指向外部的表面上具有非涂覆表面的、单表面涂覆的阳极33，在该非涂覆表面上未涂覆有阳极活性材料32。 

在根据一个实施例的电极层合体中，如图6和7所示，排列在所述至少两个矩形分离膜41和42上的各个电极单元能够以至少两种折叠形式折叠，由此形成电极层合体71、72和73。图6示出了通过在电极组件的一个部分（71）中使用Z字折叠式方案堆叠电极单元并在电极组件的另一个部分（72）中使用缠绕式方案折叠电极单元而形成的电极组件1的实例。即，图6的电极层合体提供了通过相同的至少两个矩形分离膜41和42、将Z字折叠式方案和缠绕式方案相组合而形成的堆叠折叠式电极层合体71和72。 

另外，图7示出了包括缠绕式堆叠折叠电极层合体72和凝胶卷式电极层合体73的电极层合体的实例，缠绕式堆叠折叠电极层合体72是通过以缠绕式方案折叠电极单元使其相互堆叠而形成的，凝胶卷式电极层合体73是通过以凝胶卷式方案折叠电极单元使其相互堆叠而形成的。即，图7的电极层合体提供了通过相同的至少两个矩形分离膜 41和42、将堆叠折叠式方案和凝胶卷式方案相组合而形成的电极层合体72和73。 

作为根据该创造性构思的实施例的、与具有台阶的电极层合体独立的电极层合体，还可以通过相互组合和组装而使用堆叠折叠式电极层合体、堆叠式电极层合体、层叠堆叠式电极层合体和凝胶卷式电极层合体。在此情形中，也可以堆叠单一电极以形成电极组件。这里，在根据该实施例的具有台阶的电极层合体上堆叠的各个层合体可以具有面积相同以相互堆叠的电极单元，并且可以具有通过将彼此具有不同面积的电极单元进行堆叠而形成的台阶。 

例如，图8示出了通过如下方式形成的电极组件1的一个实例：即，将堆叠式电极层合体74堆叠在根据本实施例的具有台阶的缠绕式堆叠折叠电极层合体72的上部上，并将单个电极10堆叠在该电极层合体72的下部上。另外，图9示出了通过如下方式形成的电极组件1的一个实例：即，将堆叠式电极层合体74堆叠在根据本实施例的具有台阶的缠绕式堆叠折叠电极层合体72的上部上，并将具有台阶的堆叠式电极层合体74堆叠在该电极层合体72的下部上。此外，图10示出了具有台阶的电极组件1的一个实例，该电极组件1是通过将根据本实施例的具有台阶的电极层合体72、单个电极10、和具有台阶的Z字折叠式电极层合体71相互堆叠而形成的。 

在图8和10所示的电极组件1中包括的单个电极10可以如图8所示地布置为电极组件1的沿其厚度方向的最外侧电极，也可以如图10所示地布置在电极组件1内部，即，可以布置在电极层合体和电极层合体之间。 

如图8所示，在阳极30布置成电极组件1的沿着该电极组件的厚度方向的最外侧电极的情形中，当在该最外侧电极上另外堆叠单个电极10（即，阴极20）时，则最外侧电极可以是阴极，从而能够克服由 于锂从阳极30析出而造成的缺陷。此外，也可以使用单表面涂覆的阳极作为该单个电极10，以便堆叠在阴极20的堆叠表面上。 

另外，如图10所示，当相互堆叠的电极层合体71和72之间的对向电极具有相同极性时，可以把具有不同的极性的单个电极10插入在电极层合体71和72之间以便相互堆叠。通过在它们之间插入这种单个电极10，在被堆叠的单个电极10的两个表面上设有不同的极性以促进电池反应。 

在本实施例中，在电极层合体处于其形成台阶的各个阶段的情形中，相互堆叠的电极单元的数目不受特别限制。此外，所述电极层合体的高度不受特别限制。因此，根据各个电极层合体，所述电极层合体可以具有相同高度或不同高度。 

同时，如上所述，如图3所示，形成各个电极层合体的各个电极单元可以是具有相同厚度的电极单元，具体地，可以在所述层合体之间以及在单个层合体中具有厚度相同的电极，而具有不同厚度的电极可以被堆叠以形成各个电极单元层合体。例如，为了形成台阶，在电极单元具有较小面积的情形中，可以通过增加电极活性材料的施加量来抵消由于面积减小而引起的电池容量的减小。 

然而，该创造性构思并非必须限制于以上的说明，而是可以根据需要来增加具有较大面积的电极单元的厚度，也可以减小其厚度。在此情形中，可以考虑到电池的形状和高度、所制造的电池将被应用的装置中要求的电池容量来适当地选择所述电极单元的厚度，因此，它并不限于此。 

虽然上文以举例方式示出了电极组件具有两个台阶的附图，但根据该实施例的电极组件也可以具有通过如上所述地堆叠两个电极层合体而形成的单个台阶。在图14的电极组件中示出了其一个实例。 

根据实施例的电极组件可以包括各种堆叠结构。图15示意性地示出了具有台阶的电极组件的截面图。如图15可见，可以沿着电极单元的堆叠方向（即，图15A所示的高度方向）减小电极单元的尺寸，并且如图15B中所示电极单元还可以被堆叠以增加其尺寸。另外，如图15C所示，所述电极单元也可以堆叠成使得其尺寸沿着堆叠方向增大、然后再减小，并且，还可以堆叠成具有沿着堆叠方向减小、然后再增大的面积。这种堆叠形式可以上下对称地应用，并且还可以在堆叠形式上具有非均匀样式。 

另外，例如，如图16到20所示，多个电极单元可以堆叠成使得它们的一个角部彼此对齐，由此获得电极组件。在此情形中，如图16或图17所示，这些电极单元可以具有不同的面积，但可以具有相同形状，并且，如图18到20所示，也可以具有不同的面积和不同的形状。例如，如图17和20所示，至少一个电极单元可以具有圆状角部，并且可以在单个电极单元中形成两个这种圆状角部。虽然上述角部的形状被图示为圆形，但也可采用其他各种形状，以下描述均适用这一点。 

这里，如图18所示，圆状角部的曲率可以彼此不同。另外，如图19所示，所述角部的形状可以不同。另一方面，如图16和20所示，一条边和邻接该一条边的两个角部可以具有一个圆状角部。 

另外，虽然图中未示出，但上述电极单元可以堆叠成使得较小的电极单元可以被包括在较大的电极单元的表面上，在此情形中，可以在其内未形成均匀样式的情况下堆叠。此外，如图24所示，这些电极单元可以堆叠成在表面的中心处彼此对准。 

另外，如图21所示，这些电极单元可以沿着电极组件的长度方向具有相同的长度，并且可以沿电极组件的宽度方向具有台阶。这里，一个台阶可以沿着电极组件的宽度方向形成，或者多个台阶可以沿其 两个方向形成。此外，如图22所示，电极组件可以具有沿其长度方向形成的台阶。 

除了上述附图所示的形式以外，根据该创造性构思的实施例的电极单元可以具有各种形状的角部。如从以上图示的附图中所能理解的，这些电极单元可以堆叠成使得具有较小面积的电极单元可以被包括在具有较大面积的电极单元的表面上，并且还可以堆叠成使得：所述对向电极之间的接触表面的一部分可以相互接触，但其一些部分并不相互接触，如十字交叉（+）形式。 

这样，电极组件的堆叠形式、电极单元的形状、所述角部的形状等可以形成得不同，由此，在提高空间利用率的同时实现电池的各种设计。 

此外，在根据一实施例的电极组件中，各个电极单元可以包括阴极接线片和阳极接线片中的至少一个。当电极单元是单元电池时，阴极接线片和阳极接线片可以均包括在电极单元中，并且，当电极单元由独立的电极构成时，可以在其内仅包括一个电极接线片。所述电极接线片可以插入到电池外壳中，然后，具有相同极性的电极可以相互电连接。 

可以不同地选择电极接线片的附接位置。两个极性的电极接线片可以形成在电极单元的一端上，并且所述电极接线片可以堆叠成指向单一方向。例如，如图16到21所示，电极接线片25和35可以布置成在电极组件1的一侧突出。此外，如图22所示，各个电极接线片25和35也可以在电极组件1的两侧突出。 

然而，为了在将其插入电池外壳中之后便于电极接线片的电连接，所述电极单元可以布置成使得具有相同极性的电极可以相互交迭。 

另一方面，在电极组件被形成为具有台阶的情形中（该台阶具有如图22所示的形式），当电极接线片25和35附着到具有台阶的电极组件1的侧面时，电极接线片25和35可能接触具有较大面积的电极单元并可能影响电池稳定性。因此，应当防止电极接线片25、35与电极单元相互接触，在某些情形中，电极接线片25和35的表面可以涂覆有绝缘树脂等，以阻止它们之间的接触。 

所述电极接线片的形式不受特别限制，并且所述电极接线片的面积还可以不同地形成。例如，电极接线片可以具有相同的宽度或长度，或可以具有不同的宽度和/或不同的长度。这样，通过使用各种尺寸的电极接线片，具有较小面积的电极接线片可以排列在具有较大面积的电极接线片上以成行地堆叠。作为其一个实例，当使用具有不同面积的电极接线片时，电极接线片25和35能够以图23所示的堆叠形式堆叠。 

同时，当使用至少一个矩形分离膜折叠所述电极单元的一部分或所有电极单元来构成电极组件时，所述矩形分离膜可以利用由具有较大面积的电极单元的上端和具有较小面积的电极单元的上端形成的台阶来形成倾斜表面。当由所述缠绕式堆叠折叠电极组件形成台阶时或者当其中形成有台阶的电极组件被矩形分离膜卷绕时，可以形成上述倾斜表面。 

在此情形中，其内容纳有电极组件的电极外壳的形状可以形成为与上述分离膜45的倾斜表面一致。在此情形中，因为可能不必要地占据一定的空间，所以从空间利用率角度考虑，所述分离膜可以与电极组件的各个表面具有相同形状。因此，当分离膜与电极组件隔开时，分离膜可以被加热或压缩成是细长的，使得其形状可以与电极组件的相同。这里，可以在具有台阶的部分中形成弯曲部分，另外，所述分离膜可以在具有台阶的部分处被切割，以便具有与电极组件的各个表面的形状相同的形状。 

此后，下面将描述根据该创造性构思的实施例的电池单体。图24和25示出了根据一个实施例的电池单体100。如图24和25所示，根据一个实施例的电池单体100可以包括位于电池外壳120内的、根据该实施例的电极组件1。电池外壳120可以是袋式外壳。 

该袋式外壳可以由层合片形成，在此情形中，该层合片可以构成为包括形成最外侧部分的外侧树脂层、防止材料渗入的阻隔金属层、以及用于密封的内侧树脂层，但不应认为它仅限于此。 

另外，电池外壳可以具有如下结构：即，将电极组件的电极单元的电端子相互电连接的电极引线向外暴露。虽然图中未示出，但是，用于保护电极引线的绝缘膜可以附着到电极引线的上表面和下表面。 

另外，按照根据实施例的电极组件的形状，电池外壳120可以具有各种形状。可以以电池外壳自身被改变的方案来形成电池外壳的形状。在此情形中，电池外壳的形状和尺寸并非必须与电极组件的一致，因此，可以采用能够防止发生由于电极组件的滑移现象（slip phenomenon）引起的内部短路的任何形状和尺寸。另一方面，根据实施例的电池外壳的形状不应认为是限制性的，而是可以根据需要采用电池外壳的各种形状和尺寸。 

例如，按照根据如图24所示的创造性构思的实施例的、具有台阶的电极组件1的形状，电池外壳可以具有台阶。此外，如图25所示，在形成电极组件1的台阶的表面上，电池外壳120可以包括倾斜表面。即，在形成电极组件1的台阶的区域中，电池外壳120可以接触各个分段部分和角部的上边缘以形成倾斜表面。这种倾斜表面可以包括弯曲表面并可以具有至少两个梯度。 

根据实施例的电池单体可以是锂离子电池或锂离子聚合物电池， 但不应认为它仅限于此。 

根据实施例的电池单体可以单独地使用，或者能够以包括至少一个电池单体的电池组的形式使用。上述电池单体和/或电池组可以有利地用在各种装置中，例如移动电话、便携式计算机、智能手机、智能平板、笔记本电脑、轻型电动车、电动车辆、混合动力车辆、外接插电式混合动力车辆、电力存储装置等。由于上述装置的结构及其制造方法是公知的，所以将省略其详细说明。 

另一方面，当根据实施例的电池单体或电池组安装在上述装置中时，装置的系统构件可以布置在由根据实施例的电池单体或电池组的结构形成的额外空间中。由于根据实施例的电池单体或电池组是使用具有不同尺寸的电极组件制造的，所以该电极组件自身可以形成为具有台阶，并且，当电池外壳被形成为对应于电极的形状并然后安装在装置中时，可以产生剩余空间，而在根据现有技术的方形或椭圆形电池单体或电池组中并不能形成这种剩余空间。 

当上述装置的系统构件安装在该剩余空间中时，由于可以灵活地布置装置的系统构件、电池单体或电池组，所以，可以减小整个装置的厚度或体积并提高空间利用率，从而实现纤薄的设计。 

1：电极组件 

10：单个电极 

20：阴极 

30：阳极 

21和31：电极集电器 

22和32：电极活性材料 

25和35：电极接线片 

41和42：矩形分离膜 

45：分离膜 

47：空闲区域 

51：包括阴极/分离膜/阳极的单元电池 

52：包括阴极/分离膜/阳极/分离膜/阴极的单元电池 

53：包括阳极/分离膜/阴极/分离膜/阳极的单元电池 

65，66，67，68：层叠堆叠式电极单元 

71：Z字折叠式电极层合体 

72：缠绕式电极层合体 

73：凝胶卷式电极层合体 

74：堆叠式电极层合体 

100：电池单体 

120：电池外壳 

125和135：电极引线