CN100384008C - 锂离子可再充电电池 - Google Patents

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Abstract

一种锂离子可再充电电池，该电池具有在电极组件的涂敷部分两端所形成突起上设置的绝缘层，以减少在电极板间产生内部短路的可能性，并使电池容量的降低最小化。

Description

锂离子可再充电电池
技术领域
本发明涉及一种锂离子可再充电电池，该锂离子可再充电电池具有在电极组件涂敷部分两端形成的突起上设置的绝缘层，以减少电极板间内部短路的可能性，并使电池容量的降低最小化。
背景技术
由于可再充电电池是可再充电的，且尺寸紧凑又具有大容量，因而被广泛用作包括便携式摄录一体机、便携计算机和便携电话等便携式电子装置的电源。最近开发的可再充电电池的典型例子包括镍氢金属(Ni-MH)电池、锂(Li)离子电池和锂离子聚合物电池。
锂离子可再充电电池包括裸电池，该裸电池是通过将包括正电极板、负电极板和隔板的电极组件放入由铝或铝合金制成的罐体中而制成的。该罐体上设置有盖组件，电解液被注入该罐体中，然后该罐体被密封起来。在聚合物电池中，电极板或隔板是由聚合物制成的，而且该电极板或隔板还可起到电解液的作用，或在其中充满电解液组分。采用这种结构，电解液几乎没有泄漏的可能性，而且还可以用袋状物代替所述罐体。
锂离子可再充电电池的电极板是通过将含有电极活性物质的浆体涂敷于通常含有金属箔的电极集电体的表面而制成的，且所述电极活性物质可以是用作正电极的锂氧化物以及用作负电极的碳材料。该浆体是通过将溶剂、增塑剂、电极活性物质和粘合剂混合而制备的。该电极集电体通常包括用作负电极板的铜以及用作正电极板的铝。所述粘合剂可含有聚偏二氟乙烯或丁苯橡胶，而且所述溶剂则可以含有丙酮或N-甲基吡咯烷酮。例如，水也可以用作溶剂。
当用于供给浆体的缝模均匀通过电极集电体的上表面时，涂敷部分就以预定厚度形成于电极集电体的表面上。通过该缝模供给的浆体含有高浓度的流体溶剂。该溶剂在干燥过程中被挥发掉，而浆体则借助粘合剂的作用坚实地附着在电极集电体上。
在电极集电体上涂敷电极活性物质从而形成具有形成单电极所需预定长度的涂敷部分。条状部分，也称为没有涂敷活性物质的未涂敷部分，插于电极涂敷部分之间从而可以在其上例如焊接接线片(tab)。因此，电极集电体包括涂敷部分和未涂敷部分。
当电极集电体上涂有浆体时，与均匀涂有电极活性物质的其它部分相比，该浆体在涂敷部分的头部和尾部凝结并突起。这些突起出现在涂有浆体的负电极板以及正电极板的涂敷部分两端。当电极组件受到卷绕过程中的压力或者其它外部压力时，这些压力就可能集中在这些突起上，损坏隔板。如果由于隔板损坏而发生内部短路，电池产生的电量就会下降，并可能引发安全问题。
图1A和图1B分别为常规电极集电体的截面图和顶视图，该电极集电体具有在其表面形成的涂覆部分，以及在该涂覆部分两端的突起上形成的绝缘层。本领域的技术人员将会明白，虽然在图1A和图1B中仅示出了正电极板和负电极板中的一个，但两个极板都可具有在其上形成的绝缘层。
为了解决上述问题，如图1A和图1B所示，在包括突起16的涂敷部分14的一部分上形成绝缘层20，且该突起16在正电极板和负电极板10中至少一个上形成。该绝缘层20一般是通过粘贴绝缘带来包围涂敷部分14的突起16形成的。那些含有耐电解液物质的绝缘带或层压带可以用作绝缘层20。
然而，该绝缘层20覆盖了涂敷部分14的一部分，因而减少其反应面积。锂离子可再充电电池的容量与涂覆部分的面积成正比例。如果将绝缘层20粘贴在所述涂覆部分上，那么所述涂敷部分14的反应面积就会减小，因而减少了电池的容量。特别地，正电极涂覆部分反应面积的减少会引起电池容量的下降。
发明内容
本发明提供一种锂离子可再充电电池，该锂离子可再充电电池具有在电极组件涂敷部分两端形成的突起上设置的绝缘层。该绝缘层可减小电极板间发生内部短路的可能性，并使电池容量的降低最小化。
在下列描述中，将会阐明本发明的附加特征，而且部分内容将从该描述中明显看到，或者通过本发明的实施例认识到。
本发明公开一种锂离子可再充电电池，包括电极组件，所述电极组件是通过将正电极板、负电极板和隔板进行卷绕而形成的，其中正电极板和负电极板在其表面上形成有涂敷部分，而且隔板用于使该正电极板和负电极板相互绝缘。所述电池进一步包括绝缘层，该绝缘层包围在正电极板和负电极板中至少之一的涂敷部分两端形成的至少其中一个突起，其中所述绝缘层上还具有以预定形状形成的通孔。
应当理解，无论是上述总体描述还是后续详细描述均为例示性和解释性的，并且意在对权利要求保护的本发明提供进一步说明。
附图说明
以下包括的附图帮助进一步理解本发明，并与本说明书结合及作为本说明书的一个部分说明本发明的实施例，且与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1A和图1B分别为常规电极集电体的截面图和顶视图，该电极集电体具有在其表面上形成的涂覆部分，以及在该涂覆部分两端的突起上形成的绝缘层。
图2A为根据本发明一示范性实施例的正电极板的顶视图，该正电极板具有在其正电极涂敷部分的突起上形成的绝缘层。
图2B为图2A所示正电极板的截面图。
图3A为用于图2A所示绝缘层的绝缘带的顶视图。
图3B为图3A所示绝缘带的截面图。
图4为根据本发明另一示范性实施例的绝缘带的顶视图。
图5为根据本发明另一示范性实施例的绝缘带的顶视图。
图6A为根据本发明另一示范性实施例的正电极板的顶视图，该正电极板具有在其正电极涂敷部分的突起上形成的绝缘层。
图6B为根据本发明另一示范性实施例的正电极板的截面图；该正电极板具有在其正电极涂敷部分的突起上形成的绝缘层。
图7为用于图6A所示绝缘层的绝缘带的顶视图。
具体实施方式
本发明中，电极集电体涂覆部分两端形成的突起被绝缘层包围，以减小电极板间发生内部短路的可能性，并使可再充电电池容量的降低最小化。
图2A为根据本发明一示范性实施例的正电极板的顶视图，该正电极板具有在其正电极涂敷部分的突起上形成的绝缘层。图2B为图2A所示正电极板的截面图。图3A为用于图2A所示绝缘层的绝缘带的顶视图。图3B为图3A所示绝缘带的截面图。图4为根据本发明另一示范性实施例的绝缘带的顶视图。图5为根据本发明另一示范性实施例的绝缘带的顶视图。图6A为根据本发明另一示范性实施例的正电极板的顶视图，该正电极板具有在其正电极涂敷部分的突起上形成的绝缘层。图6B为根据本发明另一示范性实施例的正电极板的截面图，该正电极板具有在其正电极涂敷部分的突起上形成的绝缘层。图7为用于图6A所示绝缘层的绝缘带的顶视图。
根据本发明的被离子可再充电电池包括电极组件(图中未示出)，所述电极组件是通过将正电极板、负电极板和隔板进行卷绕而形成的，其中该正电极板和负电极板在其电极集电体的表面上形成有涂敷部分，而且隔板用于使正电极板和负电极板相互绝缘。所述电池进一步包括绝缘层，该绝缘层用于覆盖正电极板和负电极板至少之一的涂敷部分的端部。
电极集电体、电极未涂敷部分和电极组件的正电极板及负电极板的电极接线片的构成与已经描述的现有技术中相同，此处不再重复描述。显然，对于本领域的技术人员来说，下面对正电极板的描述可同样适用于负电极板。
参见图2A和图2B，绝缘层30按照预定宽度形成从而充分覆盖正电极涂敷部分44的头部和尾部46，而且所述正电极涂敷部分44在正电极板40的正电极集电体42表面上形成。该绝缘层30具有至少一个在其上以预定形状形成的通孔32。优选，该绝缘层30具有多个在其上形成的小通孔32。如果所述通孔32过大，绝缘层30就不能充分盖住突起46，而且电极板间可能发生短路。因此，优选，在正电极涂敷部分44上形成至少5个通孔32。
通孔32的总面积相当于在正电极涂敷部分44上形成的绝缘层30面积的约30～90％。如果在正电极涂敷部分44上形成的通孔32的总面积小于在正电极涂敷部分44上形成的绝缘层30面积的30％，有效阻止电池容量下降就会变得比较困难。如果在正电极涂敷部分44上形成的通孔32的总面积大于在正电极涂敷部分44上形成的绝缘层30面积的90％，绝缘层30就不能充分防止由正电极涂敷部分44的突起46引起的正、负电极板间短路。
绝缘层30可包括绝缘带或树脂涂层。所述绝缘带可由层压带或粘合带制成。特别地，该层压带可以通过加热附着在物体上，而无需使用附加的粘接剂，而粘合带则可通过涂敷于带下部的粘接剂附着在物体上。
绝缘层30可以包含但不限于聚苯硫醚、聚酰亚胺和聚丙烯等材料，且该材料耐用于锂离子可再充电电池中使用的电解液，并具有良好的耐热性，从而在150℃或更高温度下不会变形(如：收缩)。该绝缘层30优选具有约5～200μm的厚度。如果绝缘层30的厚度小于5μm，就不能覆盖正电极涂敷部分44的突起46，而且可能在电极板间发生短路。如果绝缘层30的厚度大于200μm，电极组件的厚度就会部分增加。
附图标记48是指焊接在正电极集电体42的正电极未涂敷部分47上的正电极接线片。
参见图3A和图3B，绝缘层30a是一个具有预定宽度且具有以预定尺寸在其上形成的通孔32a的带。如图3A所示，虽然通孔32在垂直方向上穿透绝缘层30，而且还被按照预定间隔排列成行，但并不局限于这样的排列。通孔可以不按照预定间隔或队列形成。如图4所示，通孔32b可以之字形或交错格局形成于绝缘层30b上。这样，甚至当通孔32b被位于正电极涂敷部分44的突起46上时，该突起46仍可被有效覆盖。如上所述，通孔32a和32b的总面积相当于附着在正电极涂敷部分44上的绝缘层30a和30b的面积的约30～90％。
图5是根据本发明另一示范性实施例的绝缘带的顶视图。
绝缘层30c上形成有正方形通孔32c。另外，该通孔32c可以具有各种多边形状，包括五边形。
图6A和6B分别为根据本发明另一示范性实施例的正电极板的顶视图和截面图，该正电极板具有在其正电极涂敷部分的突起上形成的绝缘层。
参见图6A和6B，绝缘层30d仅在正电极涂敷部分44上形成的区域内有通孔32d，而在正电极40的正电极未涂敷部分47上没有通孔32d形成。更具体地说，绝缘层30d上形成有通孔32d以防止正电极涂敷部分44被绝缘层30d覆盖，从而增加与负电极涂敷部分反应的正电极涂敷部分44的面积。因此，正电极来涂敷部分47上的绝缘层30d不需要有通孔32d在其上形成。这样，在正电极未涂敷部分47该绝缘层就会保持完整，从而完全保持绝缘效果。
图7为用于图6A所示绝缘层的绝缘带的顶视图。
参见图7，绝缘层30d具有仅在附着于正电极涂敷部分44的区域上形成的通孔32d，而在附着于正电极未涂敷部分47的区域上没有通孔形成。在绝缘层30d的本实施例中，正电极板40的正电极涂敷部分44反应面积的减少被最小化，因而电池容量的降低也被最小化。绝缘层32d在正电极未涂敷部分47中保持完整，并保持绝缘效果。优选，在正电极涂敷部分44上的绝缘层30d中形成至少5个通孔32d。通孔32d的面积相当于在正电极涂敷部分44上形成的绝缘层30d的总面积的约30～90％。
根据本发明的用于形成绝缘层的粘贴(taping)过程可以在电极形成过程中的涂敷和干燥正电极涂敷部分之后以批量模式进行，而且还可采用能够保存正电极涂敷部分两端的自动设备自动进行。
当然，如前所述，该绝缘层除了可以在正电极板上形成，也可以在负电极板上形成。该绝缘层可以在正电极板和负电极板的每个涂敷部分的至少一端或两端上形成。对于必须在其上形成绝缘层的涂敷部分突起的选择，可根据逐个情况考虑突起的位置来决定，而对于胶卷形状(jelly roll-shaped)的电极组件，该突起可以在一个或两个电极板的单面或双面上的涂敷部分的头部和尾部形成。
现在描述本发明锂离子可再充电电池的操作原理。
具有在其上形成的绝缘层30的正电极板和负电极板以及插入二者之间的隔板一起被卷绕成胶卷状。绝缘层30附着在正电极板40(或负电极板)的突起46上，并包围在正电极板40的正电极涂敷部分44的端部形成的突起46。这样可防止突起46损坏隔板而引起正、负电极板间短路。绝缘层30具有可按照预定间隔形成的通孔32，以便正电极涂敷部分44上即使有绝缘层30的区域也可参与反应。因此，绝缘层30可减少正电极板和负电极板间短路的可能性，并可防止电极涂敷部分反应面积的减少。
本领域的技术人员将会明白，可以在不背离本发明精神或范围的前提下对本发明进行各种改进或变更。因此，意在让本发明覆盖所附权利要求及其等同物范围之内所作的改进和变更。

Claims (11)

1.一种可再充电电池；包括：
电极组件，该电极组件是通过将正电极板、负电极板和隔板进行卷绕而形成的，其中所述正电极板和负电极板具有在其表面上形成的涂敷部分，所述隔板用于使正电极板和负电极板相互绝缘，
突起，该突起在正电极板和负电极板中至少一个的涂敷部分的端部形成，和
绝缘层，该绝缘层覆盖所述突起；
其中，所述绝缘层具有以预定形状形成的通孔，所述通孔的面积相当于附着在涂敷部分的绝缘层的总面积的30～90％。
2.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述绝缘层在正电极板的涂敷部分的端部形成的突起上形成。
3.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述绝缘层具有仅在所述涂敷部分上形成的一部分上形成的通孔。
4.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述绝缘层包含绝缘带。
5.如权利要求4所述的可再充电电池，其中所述绝缘带为层压带。
6.如权利要求4所述的可再充电电池，其中所述绝缘带为粘合带，该粘合带具有涂敷在其与正电极板或负电极板接触表面的粘接剂。
7.如权利要求4所述的可再充电电池，其中所述绝缘带包括从由聚苯硫醚、聚酰亚胺以及聚丙烯所组成的组中选取的材料。
8.如权利要求4所述的可再充电电池，其中所述绝缘带具有5～200μm的厚度。
9.如权利要求4所述的可再充电电池，其中在附着于涂敷部分上的部分绝缘带上形成至少5个通孔。
10.如权利要求4所述的可再充电电池，其中所述通孔具有圆形形状。
11.如权利要求4所述的可再充电电池，其中所述通孔具有多边形形状。
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