CN100355142C - 电池单元和采用此电池单元的锂蓄电池 - Google Patents
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Abstract
提供了一种电池单元及采用此电池单元的锂蓄电池。电池单元包括：正极电极板，其具有正极集电器和形成于正极集电器的至少一个平面上的正极活性材料层；与正极集电器电连接的正极电极引线；负极电极板，其具有负极集电器和形成于负极集电器的至少一个平面上的负极活性材料层；与负极集电器电连接的负极电极引线；以及插入在正极电极板和负极电极板之间的隔离板，其具有大于各电极板宽度的宽度，并具有从电极板各侧上伸出的不同宽度的突出部分。由于从电极板各侧上伸出的突出部分的设计边缘制成相互不同，因此可以防止因在热熔合期间所施加的热量而引起的隔离板变形。因此，可以防止具有不同极性的电极板发生电接触，从而提高了电池的稳定性。
Description
技术领域
本申请引用了于2002年7月9日向韩国工业知识产权部提交并已适时转让的题为“电池单元和采用此电池单元的锂蓄电池”的申请No.2002-39731，并根据美国法典第35条第119款要求享有此申请的所有权益。
本发明涉及一种锂蓄电池，更具体地涉及一种包括具有插入在相对电极板之间且具有可变边缘的突出部分的隔离板的电池单元，以及采用此电池单元的锂蓄电池，所述突出部分从各电极板的各侧上伸出。
背景技术
根据所使用的电解质溶液的种类，锂蓄电池可分成液态电解质电池和聚合物电解质电池。通常来说，采用液态电解质的电池称为锂离子电池，而采用聚合物电解质的电池称为锂聚合物电池。
这种锂蓄电池可制成各种形状，通常是主要用于锂离子电池的圆柱形和矩形形状。近来得到较多关注的锂聚合物电池由柔性材料制成，在形状方面具有较高的自由度。而且，由于锂聚合物电池非常安全且重量较轻，因此它们可有利地用于实现狭长且轻重量的便携式电子装置。
传统锂蓄电池的电池单元包括多个具有不同极性的电极板以及插入在电极板之间的隔离板。电池单元缠绕成果冻卷的形状，其中正极电极板、隔离板和负极电极板顺序地放置。
电极板包括电极集电器和涂覆在电极集电器表面上的电极活性材料层。电极集电器包括电极的未涂覆区域，在此处未涂覆电极活性材料层。电极引线连接在电极的未涂覆区域上。在电极引线的一端缠绕了保护带。
隔离板插入在具有不同极性的多个电极板之间以将电极板相互间绝缘，并具有比各电极板更大的宽度。隔离板的整个宽度W1等于电极板的宽度W2与隔离板的从电极板各侧上伸出的突出部分的宽度W3及W4之和。
如上所述，由于隔离板的宽度比电极板的宽度大上隔离板的从电极板各侧上伸出的突出部分的宽度之和，因此它可以防止具有不同极性的电极板发生接触。这样就可以防止电极板之间的电短路。这里，隔离板的突出部分的宽度W3和W4基本上相同。
通过将隔离板置于具有不同极性的多个电极板之间，然后将所得结构缠绕成果冻卷的形状，就可以完成具有上述结构的传统电池单元。
电池单元容纳在一个袋状外壳中。外壳包括上壳件以及与上壳件相连且具有在其中可容纳电池单元的空间的下壳件。上、下壳件可在一侧或多侧处相结合，以便简化制造工艺。
在将电池单元容纳在外壳中之后，对形成于外壳边缘处的密封面施加预定的热量和压力，从而完成电池的装配工作。
然而，传统的电池单元具有下述问题。
首先，由耐热性差的聚合物制成的隔离板可能会因在热熔合期间所施加的热量而收缩或变形。特别是，在引出电极引线的外壳短侧面的两个边缘处容易产生热变形，这是因为在密封面的热熔合期间热量传递到此处。
上述原因是由从电极板的引出电极引线处的一侧上伸出的隔离板突出部分的宽度W3具有较小的设计边缘而造成的。
换句话说，隔离板突出部分的宽度W3对应于上、下壳件的连接部分处的宽度，并与从电极板的不发生热变形的另一侧上伸出的隔离板突出部分的宽度W4相同。
因此，如果隔离板因受热而变形，具有不同极性的电极板就会在外壳的短侧边处相互电连接，导致了短路。
为了解决这一问题，可以增大隔离板突出部分的宽度。然而，这种解决方案会增大电池单元的整体体积，使得难以得到大容量的电池。
另外，在外壳具有聚合物层的结构的情况下，金属箔层和聚合物层顺序地堆叠，如果作为中间层的金属箔层暴露在外，那么隔离板可能会收缩或变形，使得隔离板与暴露部分相接触，从而增大金属箔层因氧化电位的差异而发生腐蚀的可能性。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种电池单元，其可通过改变从电极板上伸出的隔离板突出部分的宽度来防止电极板之间的短路，并提供一种采用此电池单元的锂蓄电池。
另一目的是提供一种可防止因热熔合期间所施加的热量而引起的隔离板变形的电池单元。
另一目的是提供一种具有提高的稳定性的电池。
另一目的是提供一种可防止电池短路并不会降低电池性能的电池。
另一目的是提供一种可防止电池中的金属层腐蚀的电池。
另一目的是提供一种易于制造且制造成本低的电池。
本发明的另一目的是提供一种电池单元，其可防止因电极板和电池外壳的电接触而引起的连续腐蚀，并提供一种采用此电池单元的锂蓄电池。
根据本发明的一个方面，提供了一种电池单元，其包括：正极电极板，其具有正极集电器和形成于正极集电器的至少一个平面上的正极活性材料层；与正极集电器电连接的正极电极引线；负极电极板，其具有负极集电器和形成于负极集电器的至少一个平面上的负极活性材料层；与负极集电器电连接的负极电极引线；以及插入在正极电极板和负极电极板之间的隔离板，其具有比各电极板更大的宽度，并具有从电极板的各侧上伸出的不同宽度的突出部分。
另外，隔离板构造成使其从电极板的一侧上伸出的一个突出部分的宽度大于其从电极板的另一侧上伸出的另一突出部分的宽度。
另外，具有较大宽度的突出部分位于与从电极板上引出电极引线的部分相对应的位置处。
隔离板的从电极板一侧上伸出的一个突出部分的宽度大于另一突出部分的宽度，使得它们之间的宽度比在6∶4到9∶1的范围内。
根据本发明的另一方面，提供了一种锂蓄电池，其包括：电池单元，在电池单元中顺序地放置并缠绕了正极电极板、隔离板和负极电极板，正极电极引线与正极电极板电连接并从正极电极板上引出，负极电极引线与负极电极板电连接并从负极电极板上引出；外壳，其具有可容纳电池单元的空间，并提供了沿此空间的边缘热熔合的密封面，其中隔离板具有比各电极板更大的宽度，并具有从电极板的各侧上伸出的不同宽度的突出部分。
另外，隔离板构造成使其从引出电极引线的电极板的一侧上伸出的一个突出部分的宽度大于其从此电极板的另一侧上伸出的另一突出部分的宽度。
另外，具有较小宽度的突出部分位于与外壳上密封面未热熔合的部分相对应的位置处。
附图说明
通过参考下面的详细介绍并结合附图，可以更加清楚并更好地理解本发明的全部内容及其所带来的众多优点，在附图中相似的标号表示相同或类似的部件，其中：
图1是显示了传统电池单元的一部分的平面图；
图2是覆盖了图1所示电池单元的外壳的透视图；
图3是根据本发明一个优选实施例的锂蓄电池的分解视图；
图4是根据本发明一个优选实施例的电池单元的分解视图；和
图5是显示了图4所示电池单元的一部分的平面图。
具体实施方式
参考图1，传统的锂蓄电池的电池单元10包括多个具有不同极性的电极板11以及插入在电极板11之间的隔离板12。电池单元10缠绕成果冻卷的形状，其中正极电极板、隔离板和负极电极板按顺序地设置。
电极板11包括集电器13和涂覆在集电器13的一个表面上的电极活性材料层14。集电器13包括电极的未涂覆区域13a，在此区域中未涂覆电极活性材料层14。电极引线15与电极的未涂覆区域13a相连。在电极引线15的一端缠绕了保护带16。
隔离板12插入在具有不同极性的多个电极板11之间以将电极板11相互间绝缘，并具有比各电极板11更大的宽度。隔离板12的整个宽度W1等于电极板11的宽度W2与隔离板12的从电极板11各侧上伸出的突出部分12a及12b的宽度W3及W4之和。
如上所述，由于隔离板12的宽度比电极板11的宽度大上隔离板12的从电极板11各侧上伸出的突出部分的宽度之和，因此它可以防止具有不同极性的电极板11相互接触。这样就可以防止电极板11之间的电短路。这里，隔离板12的突出部分12a和12b的宽度W3和W4基本上相同。
通过将隔离板12置于具有不同极性的多个电极板11之间，然后将所得结构缠绕成果冻卷的形状，就可以完成具有上述结构的传统电池单元10。
电池单元10容纳在一个袋状外壳20中，如图2所示。外壳20包括上壳件21以及与上壳件21相连且具有在其中可容纳电池单元10的空间的下壳件22。上、下壳件21和22可在一侧或多侧处相结合，以便简化制造工艺。
在将电池单元10容纳在外壳20中之后，对形成于外壳20的边缘处的密封面23施加预定的热量和压力，从而完成电池的装配工作。
然而，传统的电池单元10具有下述问题。
首先，由耐热性差的聚合物制成的隔离板12可能会因在热熔合期间所施加的热量而收缩或变形。特别是，在引出电极引线15的外壳20短侧的两个边缘24处容易产生热变形，这是因为在密封面23的热熔合期间热量传递到此处。
上述原因是由从电极板11的引出电极引线15的一侧上伸出的隔离板12的突出部分12a的宽度W3具有较小的设计边缘而造成的。
换句话说，隔离板12的突出部分12a的宽度W3对应于上、下壳件21和22的连接部分25处的宽度，并与从电极板11的不发生热变形的另一侧上伸出的隔离板12的突出部分12b的宽度W4相同。
因此，如果隔离板12因受热而变形，具有不同极性的电极板11就会在外壳20的短侧边24处相互电连接，导致了短路。
为了解决这一问题，可以增大隔离板12的突出部分12a和12b的宽度。然而，这种解决方案会增大电池单元10的整体体积，使得难以得到大容量的电池。
另外，在外壳具有聚合物层的结构的情况下，金属箔层和聚合物层顺序地堆叠，如果作为中间层的金属箔层暴露在外，那么隔离板12可能会收缩或变形，使得隔离板12与暴露部分相接触，从而增大金属箔层因氧化电位的差异而发生腐蚀的可能性。
下面将详细介绍根据本发明一个优选实施例的锂蓄电池。
图3显示了根据本发明一个优选实施例的锂蓄电池30。
参考图3，锂蓄电池30包括电池单元31和其中可容纳电池单元31的外壳310。
电池单元31包括正极电极板32、负极电极板33和插入在它们之间并使它们绝缘的隔离板34。正极和负极电极板32和33以及隔离板分别为条状薄片。电池单元31可形成为使得正极电极板32、隔离板34和负极电极板33顺序地放置并缠绕成果冻卷的形状。
正极电极引线35和负极电极引线36分别与正极电极板32和负极电极板33电连接。在各正极电极引线35和负极电极引线36的一部分上缠绕了保护带37。
外壳310包括上壳件320和与上壳件320相连的下壳件330。当上、下壳件320和330密封在一起时，就形成了其中可容纳电池单元31的空间331。
上、下壳件320和330在一侧相连，并提供了可沿空间331的边缘热熔合的密封面332。
电池单元31容纳在形成于外壳320中的空间331内。分别与各电极板32和33电连接的正、负极电极引线35和36穿过密封面332引出到外壳320之外，用作电极端子。
根据本发明的电池单元31的特征在于，为了防止在上、下壳件320和330的密封面332的热熔合期间因隔离板34的收缩或变形而在各电极板32和33之间产生电短路，可相对于各电极板32和33对隔离板34的熔合边缘进行调节。这将在下文中更详细地介绍。
图4显示了根据本发明的电池单元40。参考图4，电池单元40包括正极电极板41、负极电极板42以及插入在正极电极板41和负极电极板42之间的隔离板43。
正极电极板41包括由条形金属箔制成的正极集电器44以及涂覆在正极集电器44的两个表面上的正极活性材料层45。正极集电器44最好由具有良好导电性的锂箔形成。正极活性材料层45由通过将粘合剂、导电剂和增塑剂以及正极活性材料层如氧化锂混合而制备成的组合物制成。
在正极集电器44的各侧上部分地形成了至少一个正极未涂覆区域44a，即未形成正极活性材料层45的区域。正极电极引线46例如通过焊接而与正极未涂覆区域44a电连接。在正极电极引线46的一端缠绕了由绝缘聚合物树脂制成的保护带47。
负极电极板42包括由条形金属箔制成的负极集电器48以及涂覆在负极集电器48的两个表面上的负极活性材料层49。负极集电器48最好由具有良好导电性的金属材料铜箔形成。负极活性材料层49由通过将粘合剂、增塑剂以及负极活性材料层如碳材料混合而制备成的组合物制成。
与正极电极板41一样，在负极集电器48的各侧上部分地形成了至少一个负极未涂覆区域48a，即未形成负极活性材料层49的区域。负极电极引线50与负极未涂覆区域48a电连接。在负极电极引线50的一端缠绕了由绝缘材料制成的保护带51。
通过将半固态电解质涂覆在可成形性很高的聚合物如聚乙烯上来形成隔离板43。隔离板43插入在正极和负极电极板41和42之间。隔离板43的宽度大于各电极板41和42的宽度，而其从电极板41和42的各侧上伸出的突出部分的宽度形成为相互不同。
参考图5，在隔离板43之前放置了正极电极板41。虽然图5中未示出，然而在隔离板43之后放置了负极电极板42，其与正极电极板41的情况基本上相同，因此下面将不对其进行详细的说明。
下面将介绍正极电极板41和隔离板43之间的位置关系。
隔离板41的整个宽度W5等于正极电极板41的宽度W6与从电极板41的各侧上伸出的突出部分的宽度W7及W8之和。这样，隔离板43的宽度大于正极电极板41的宽度。
另外，从正极电极板41的各侧上伸出的突出部分的宽度相互不同。换句话说，隔离板43的从中引出与正极集电器44电连接的正极电极引线46的一个突出部分43a形成为尽可能地宽，以便抑制外壳密封面所受到的在缠绕电池单元期间由热熔合带来的不利影响。
另一方面，由于从在热熔合期间未施加热量的外壳另一侧上伸出的隔离板43的另一突出部分43b受到的热量影响很小，因此它可以形成为尽可能地窄。
从正极电极板41的一侧上伸出的一个突出部分43a的宽度W7与另一突出部分43b的宽度之比大约在6∶4到9∶1。换句话说，突出部分43a的宽度W7大于突出部分43b的宽度，超过的幅度处于上述范围内。在这种状态下进行缠绕。
如果突出部分43a的宽度与另一突出部分43b的宽度之比小于6∶4，在热熔合期间就容易发生因施加给隔离板43的热量所引起的变形。相反，如果突出部分43a的宽度与另一突出部分43b的宽度之比大于9∶1，就无法设置另一突出部分43b的边缘。具有这种设计边缘的隔离板43可制成具有与传统隔离板12(见图1)相同的宽度，不会降低其容量。
在具有上述结构的电池单元40中，隔离板43插入在正极和负极电极板41和42之间，正极和负极电极板41和42相对于隔离板43定位，使得其各侧的突出部分43a和43b处于上述范围内，之后进行缠绕。
将这样缠绕的电池单元40容纳在形成于外壳中的空间内，然后对沿此空间的边缘而形成的密封面施加预定的热量和压力，这样就完成了锂蓄电池。
电池单元40构造成可增大隔离板43的一个突出部分43a的设计边缘，其分别对应于从电极板41和42上向外引出电极引线46和50的部分。因此，可以防止电池单元40的各电极板41和42之间发生短路。
如上所述，根据本发明的电池单元和采用此电池单元的锂蓄电池具有下述优点。
首先，由于从各电极板的各侧上伸出的隔离板突出部分的设计边缘形成为相互不同，因此可以防止热熔合期间所施加的热量而引起的隔离板变形。因此，可以防止具有不同极性的电极板之间发生电接触，从而提高电池的稳定性。
其次，由于可通过调节从电极板各侧上伸出的隔离板突出部分的边缘来得到大容量的电池，因此可提高电池单元的整体容量，从而防止电池性能下降。
第三，可以防止在外壳形成层中的金属箔层和电极板或电极引线之间因隔离板的收缩或变形而产生电接触，从而降低因氧化电位的差异而引起的金属箔层腐蚀的可能性。
虽然已经参考优选实施例显示和介绍了本发明，然而本领域的技术人员可以理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，可以对本发明的形式和细节进行各种变化。
Claims (6)
1.一种电池单元，包括：
正极电极板，其包括正极集电器和形成于所述正极集电器的至少一个平面上的正极活性材料层；
与所述正极集电器电连接的正极电极引线；
负极电极板，其包括负极集电器和形成于所述负极集电器的至少一个平面上的负极活性材料层；
与所述负极集电器电连接的负极电极引线；和
插入在所述正极电极板和所述负极电极板之间的隔离板，其具有比各所述电极板更大的宽度，并包括从所述电极板的各侧上伸出的不同宽度的突出部分。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，具有较大宽度的所述突出部分位于与所述电极板上引出各电极引线的部分相对应的位置处。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其特征在于，从电极板的一侧上伸出的一个突出部分的宽度大于另一突出部分的宽度，使得它们之间的宽度比在从6∶4到9∶1的范围内。
4.一种锂蓄电池，包括：
电池单元，包括缠绕而成的正极电极板、隔离板和负极电极板；
正极电极引线，其与所述正极电极板电连接并从所述正极电极板上引出；
负极电极引线，其与所述负极电极板电连接并从所述负极电极板上引出；
外壳，其具有可容纳所述电池单元的空间，并提供了沿所述空间的边缘热熔合的密封面，所述隔离板具有比所述电极板更大的宽度，并具有从所述电极板的各侧上伸出的不同宽度的突出部分；其中具有较小宽度的突出部分位于与所述外壳上所述密封面未热熔合的部分相对应的位置处。
5.根据权利要求4所述的锂蓄电池，其特征在于，所述隔离板构造成使其引出所述电极引线的一个突出部分的宽度大于另一突出部分的宽度。
6.根据权利要求4所述的锂蓄电池，其特征在于，从中引出所述电极引线的一个突出部分的宽度大于另一突出部分的宽度，使得它们之间的宽度比在6∶4到9∶1的范围内。
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