CN100362677C - 二次电池中具有分开的支撑带的电极组件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种附着到电极组件的多个支撑带。电极组件包括用于进行充电和放电操作的阴极板、阳极板和隔板。多个且彼此分开的支撑带附着到电极组件下部，以使电极组件被容易地嵌入到壳内。

Description

二次电池中具有分开的支撑带的电极组件
技术领域
本发明涉及二次电池，更特别地涉及具有改进的结构并以果冻卷形式附着到电极组件的下部的支撑带，以便使电极组件能容易地嵌入到棱柱型二次电池的壳内。
背景技术
二次电池具有包括阳极板、阴极板和隔板的电极组件。使电极组件容纳在由铝或铝合金制成的壳内，然后向壳内注入电解质。在这种状态下密封壳，就形成了二次电池。与壳绝缘的电极接线柱设置在二次电池的上部以形成二次电池的负极或正极。如果电极接线柱为正极，则壳用作负极，如果电极接线柱为负极，则壳用作正极。安全装置如PTC(正温度系数)元件、热熔丝和PCM(保护电路模块)与二次电池连接。这类安全装置与二次电池的阳极和阴极电连接，以在二次电池的电压由于过充电或过放电而突然增加时，防止二次电池因施加于二次电池的电流中断而被损害或损坏。使装备有安全装置的二次电池容纳在一个箱中，就形成了二次电池组。
图1为具有用于使果冻卷被嵌入到壳内的单个支撑带的常规二次电池的示意图。参考图1，常规二次电池包括电极组件11、阴极接头12、阳极接头13和单个支撑带14。电极组件11包括阳极板、阴极板和插入在阳极板与阴极板之间的隔板，并被卷绕成果冻卷的形式。与阴极板电连接的阴极接头12和与阳极板电连接的阳极接头13从电极组件11的上部向上引出。电极组件以果冻卷形式被容纳在由金属如铝制成的六面体形状的壳(未示出)内。
当电极组件11以果冻卷形式嵌入到壳内时，将具有规定长度和规定宽度的单个支撑带14附着到电极组件11的下部，以便使电极组件11能被容易地嵌入到壳内。如图1所示，常规的单个支撑带14除了在电极组件11的两个底边处形成的约1至2mm的规定空白区，完全环绕电极组件11的下部。
但是，当将下部装有单个支撑带的电极组件容纳在壳中进行二次电池的安全性试验时，可能会出现下面的问题：
首先，当通过在其宽度方向上挤压电池的两个侧部进行电池安全性试验以评价电池中燃烧的可能性时，电池的中部因电池被压缩而弯曲，从而电池被折叠。此时，由于单个支撑带支撑电极组件的下部，因而在电极组件下半部的中部可能会出现皱纹。因此，电池中燃烧的可能性可能会因硬短路而增加。
第二，如果单个支撑带强有力地夹紧电极组件的下部，则电解质不能充分地流入到电极组件的下部，从而降低了电池的性能如电池容量。
第三，由于单个支撑带基本上覆盖了电极组件下部的全部区域，因此需要大量的单个支撑带，从而增加了电池的制造成本。此外，单个支撑带的必要性仅仅在于使电极组件能容易地嵌入到壳内，在电极组件被嵌入到壳内后，如果单个支撑带松松地附着到电极组件的下部，则单个支撑带会从电极组件上松脱掉。因此，必须重新考虑单个支撑带的这种过度使用。
发明内容
因此，为解决现有技术中出现的上述问题作出本发明，本发明的一个目的是提供一种电极组件，该组件能降低在二次电池由于施加其上的外力被压缩时由硬短路引起的二次电池中燃烧的可能性，能通过使电解质充分地流到电极组件的下部来防止电池性能下降，并能通过减少使用的分开的支撑带的数量降低二次电池的制造成本。
为实现上述目的，提供一种电极组件，该组件包括：用于进行充电和放电操作的阴极板、阳极板和隔板；和附着到电极组件下部以使电极组件被容易地嵌入到壳内的多个支撑带。
根据本发明的示例性实施方式，多个且彼此分开的支撑带对称地附着到电极组件中心部分附近的电极组件的下部并以预定的距离彼此隔开。
另外，多个且彼此分开的支撑带可非对称地附着到电极组件中心部分附近的电极组件的下部并以预定的距离彼此隔开。
根据本发明的示例性实施方式，至少具有两个分开的支撑带，分别附着到电极组件下部的两侧上。
多个且彼此分开的支撑带的总长度在电极组件总宽度的约1/4至3/4的范围内。
根据本发明的示例性实施方式，多个且彼此分开的支撑带的第一侧端与电极组件的纵向中心线相隔超过电极组件总宽度的10％，多个且彼此分开的支撑带的第二侧端与电极组件的一个侧端相隔超过电极组件总宽度的10％，
当多个且彼此分开的支撑带附着到电极组件时，多个且彼此分开的支撑带具有在约3至8mm范围内的高度。
根据本发明的示例性实施方式，多个且彼此分开的支撑带具有约20至60μm的厚度。
多个且彼此分开的支撑带具有至少20kgf/cm2的抗拉强度。
根据本发明的示例性实施方式，多个且彼此分开的支撑带具有至少50％的伸长率。
多个且彼此分开的支撑带由聚酰亚胺、聚乙烯或聚丙烯制成。
多个且彼此分开的支撑带具有至少20g/mm的粘合强度。
在多个且彼此分开的支撑带面向电极组件的一个表面上涂敷丙烯酸类粘合剂。
用0.1至0.4MPa的压力将多个且彼此分开的支撑带附着到电极组件上。
附图说明
图1为具有用于使电极组件容易地嵌入到壳内的单个支撑带的果冻卷形式的常规电极组件的透视图；
图2a为根据本发明示例性实施方式的具有分开的支撑带的电极组件的透视图；和
图2b为附着到根据本发明示例性实施方式的电极组件下部的分开的支撑带的前视剖面图。
具体实施方式
下文中，将结合附图描述本发明的示例性实施方式。
图2a为根据本发明示例性实施方式的具有分开的支撑带的电极组件的透视图。
如图2a所示，本发明包括电极组件11、阴极接头12、阳极接头13和分开的支撑带24。
为了制造电极组件11，将活性材料涂敷到集电极的两个表面上。然后，干燥集电极并进行辊压处理，以便将集电极切成阳极板和阴极板。在这种状态下，在阳极板和阴极板中间插入隔板后卷绕阳极板和阴极板，就形成电极组件11。也就是说，在隔板周围交替地排列阳极板和阴极板后，通过使用椭圆形的绕线芯轴以螺旋形模式卷绕阳极板和阴极板，就形成了电极组件。此时，在电极组件的最外面部分再卷绕阴极板1次，并用带密封电极组件。在以果冻卷形式形成椭圆形电极组件后，对椭圆形电极组件进行挤压加工以便将椭圆形电极组件嵌入到棱柱形壳内。这里，阳极板的宽度小于阴极板的宽度，且阴极板的宽度小于隔板的宽度。
通过在金属集电极的两个表面上涂敷浆料如阳极活性材料、粘合剂或导电剂形成阳极板。例如，通过在由铝箔制成的集电极的两个表面上均匀地涂敷混合物(浆料或糊料)形成阳极板，其中混合物由阳极材料LiNixCoyO2、导电剂特级P和粘合剂聚偏氟乙稀(PVDF)与无机溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合组成。在这种状态下，对集电极进行干燥处理以除去无机溶剂，然后进行辊压处理，从而得到厚度约为0.147mm的阳极板。
通过在金属集电极的两个表面上涂敷浆料如阳极活性材料、粘合剂或导电剂形成阴极板。例如，通过在由铜箔制成的集电极的两个表面上均匀地涂敷混合物(浆料或糊料)形成阳极板，其中混合物由阳极材料MCF和粘合剂聚偏氟乙稀(PVDF)与无机溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合组成。在这种状态下，对集电极进行干燥处理以除去无机溶剂，然后进行辊压处理，从而得到厚度约为0.173mm的阴极板。
通过使用厚度约为0.025mm的聚乙烯多孔膜(其具有稳定性并很少与无机溶剂反应)形成隔板。
形成阳极板和阴极板的集电极可由任何材料制成，只要它们不产生化学变化即可。通常，集电极由铝、铜、不锈钢、镍、钛或塑性碳制成。另外，可用碳、镍、钛或银涂敷集电极的表面。在为锂离子二次电池时，考虑耐氧化性能、电极的柔韧性和成本，阳极板由铝箔制成，阴极板由铜箔制成。铜箔或铝箔的厚度约为1至30μm，优选约为5至20μm。但是，本发明不限制铜箔或铝箔的厚度。
类似于集电极的阴极板，阴极接头12由铜或镍制成。由铜制成的阴极接头12具有约1至10mm的宽度和约5至50000μm的厚度。
类似于集电极的阳极板，阳极接头13由铝或镍制成。由铝制成的阳极接头13具有约1至10mm的宽度和约5至50000μm的厚度。
分开的支撑带24以预定的高度环绕电极组件11的下部。分开的支撑带24中的每一个分别地附着到电极组件11中心附近的电极组件11的两侧部分。尽管图2a示出了二个分别地附着到电极组件11中心附近的电极组件11的两侧部分的分开的支撑带24，但也可提供四个分开的支撑带。在这种情况下，二个支撑带24附着到电极组件11的每一侧部上。这里，在靠近电极组件11纵向中心线的电极组件下部的预定区域内不提供分开的支撑带24。尽管如果电极组件11没有分开的支撑带24是更优选的，但在这种情况下，电极组件11的下部在电极组件11被嵌入到壳内时可能会被损坏。因此，优选设定分开的支撑带24的总长度为电极组件11宽度的1/4至3/4，于是分开的支撑带24能充分地支撑电极组件的下部。如果分开的支撑带24的总长度小于电极组件11宽度的1/4，则分开的支撑带24不能充分地支撑电极组件11。另外，由于分开的支撑带24的功能是简单地在电极组件11被嵌入到壳内时夹紧电极组件11的下部，因此没有必要形成分开的支撑带的总长度以与电极组件11的宽度相同。具体地说，没有必要形成分开的支撑带的总长度超过电极组件11宽度的3/4。
分开的支撑带24由具有优良伸长性能的材料制成。优选地，分开的支撑带24由伸长率为至少50％的材料制成。如果分开的支撑带24的伸长率小于50％，则分开的支撑带24难以紧紧地夹紧电极组件11。另外，分开的支撑带24必须具有至少2kgf/cm2的抗拉强度。如果分开的支撑带24具有小于2kgf/cm2的抗拉强度，则分开的支撑带24不能充分地支撑电极组件11。优选地，分开的支撑带24由聚酰亚胺、聚乙烯或聚丙烯制成，它们具有对二次电池电解质的优良耐受性。
另外，优选将很少与二次电池的电解质反应并具有至少20g/mm的粘合力的丙烯酸类粘合剂涂敷到分开的支撑带24的表面上。如果丙烯酸类粘合剂的粘合力小于20g/mm，则分开的支撑带24不能充分地支撑电极组件11。
优选地，分开的支撑带24具有约20至60μm的厚度。如果分开的支撑带24具有小于20μm的厚度，则分开的支撑带24不能充分地支撑电极组件11。相反，如果分开的支撑带24具有大于60μm的厚度，则电极组件11的厚度增加。
另外，优选地，当分开的支撑带24附着到电极组件11上时，分开的支撑带24具有约3至8mm的高度。如果分开的支撑带24的高度小于3mm，则分开的支撑带24和电极组件11之间的接触面积太小，从而分开的支撑带24不能牢固地附着到电极组件11上。另外，如果分开的支撑带24的高度超过8mm，则不仅电极组件11的厚度增加，而且分开的支撑带24的数量不必要地增加。
另外，优选当电极组件11已被嵌入到壳内时能保护电极组件11的下部不受外压。因此，当电极组件11已被嵌入到壳内时，优选从电极组件11的下部放下分开的支撑带24。在分开的支撑带24不能从电极组件11的下部放下的情况下，必须将分开的支撑带24施加在电极组件11下部的影响减到最少。为此，当附着分开的支撑带24到电极组件11时，应降低转筒的压力。也就是说，将由转筒施加的附着分开的支撑带24到电极组件11的压力设定在约0.1至0.4MPa的范围内。如果转筒的压力小于0.1MPa，则分开的支撑带24不能附着到电极组件11上。
图2b为附着到根据本发明示例性实施方式的电极组件下部的分开的支撑带的前视剖面图。参考图2b，二个分开的支撑带附着到电极组件11纵向中心线附近的电极组件11下部的两侧，同时以预定的距离彼此隔开。假设电极的总宽度为“a”，电极组件11的一个侧端和分开的支撑带24的一个侧端之间的长度为“b”，电极组件11纵向中心线和分开的支撑带24的另一个侧端之间的长度为“c”，在改变分开的支撑带的宽度的同时进行对二次电池的压缩试验。结果，二次电池的各种燃烧可能性如下面的试验例1至4所示。通过向带电二次电池施加13KN的压缩力2秒钟进行压缩试验，同时在侧面排列一个带电的二次电池与夹紧带电二次电池的夹具平行。另外，在从夹具卸下二次电池后，检查二次电池的燃烧。
试验例1
当在b/a＝0和c/a＝0的条件下进行压缩试验时，二次电池的燃烧可能性约为30％。
试验例2
当在b/a＝0.1和c/a＝0的条件下进行压缩试验时，二次电池中燃烧的比率约为20％。
试验例3
当在b/a＝0和c/a＝0.1的条件下进行压缩试验时，二次电池中燃烧的比率约为20％。
试验例4
当在b/a＝0.1和c/a＝0.1的条件下进行压缩试验时，二次电池中燃烧的比率约为5％。
从以上试验例可认识到，如果b/a和c/a超过0.1，则二次电池中燃烧的比率显著降低。因此，优选放置分开的支撑带离电极组件11纵向中心线超过电极组件11总宽度的10％。另外，优选放置分开的支撑带的一个侧端离电极组件11的一个侧端超过电极组件11总宽度的10％。考虑到嵌入电极组件11到壳内时出现的嵌入故障，分开的支撑带的另一个侧端必须与电极组件纵向中心线相隔超过电极组件11总宽度的10％。在这种情况下，即使分开的支撑带24的一个侧端与电极组件的一个侧端相隔1至2mm也不要紧。
如上所述，根据本发明的具有分开的支撑带的电极组件能降低在二次电池由于施加其上的外力而被毁坏时由硬短路引起的二次电池中燃烧的可能性，能通过使电解质充分地流到电极组件的下部来防止电池性能下降，并能通过减少使用的分开的支撑带的数量降低二次电池的制造成本。
尽管已结合目前被认为是最实用并优选的实施方式描述了本发明，但可以认识到，本发明不限于公开的实施方式和附图，而是旨在包括在权利要求的精神和范围内的各种更改和变化。

Claims (13)

1.一种电极组件，包括：
用于进行充电和放电操作的阴极板、阳极板和隔板；和
附着到电极组件下部以使电极组件被容易地嵌入到壳内的多个支撑带。
2.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，多个且彼此分开的支撑带对称地附着到电极组件中心部分附近的电极组件的下部并以预定的距离彼此隔开。
3.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，多个且彼此分开的支撑带非对称地附着到电极组件中心部分附近的电极组件的下部并以预定的距离彼此隔开。
4.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，多个且彼此分开的支撑带的总长度在电极组件总宽度的1/4至3/4的范围内。
5.如权利要求4所述的电极组件，其特征在于，多个且彼此分开的支撑带的第一侧端与电极组件的纵向中心线相隔超过电极组件总宽度的10％，多个且彼此分开的支撑带的第二侧端与电极组件的一个侧端相隔超过电极组件总宽度的10％。
6.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，当多个且彼此分开的支撑带附着到电极组件时，多个且彼此分开的支撑带具有在3至8mm范围内的高度。
7.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，多个且彼此分开的支撑带具有20至60μm的厚度。
8.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，多个且彼此分开的支撑带具有至少20kgf/cm2的抗拉强度。
9.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，多个且彼此分开的支撑带具有至少50％的伸长率。
10.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，多个且彼此分开的支撑带由聚酰亚胺、聚乙烯或聚丙烯制成。
11.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，多个且彼此分开的支撑带具有至少20g/mm的粘合强度。
12.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，在多个且彼此分开的支撑带面向电极组件的一个表面上涂敷丙烯酸类粘合剂。
13.如权利要求1所述的电极组件，其特征在于，用0.1至0.4MPa的压力将多个且彼此分开的支撑带附着到电极组件上。
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