CN100420085C - 二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种由于没有正电极接片而具有增加的电极组件卷绕面积的二次电池。该电极组件的电极板直接焊接在罐上以形成电连接，从而可以防止电极组件在罐内摇摆。该二次电池包括在其一侧形成有开口的六面体形的罐，以及包含在该罐中的电极组件。该电极组件具有叠层并卷绕在一起的第一电极板、隔板和第二电极板。第一电极板连接于罐的内表面，第二电极板连接于向外伸出预定距离的电极接片。盖组件具有连接在焊接电极的罐的开口上的盖板，和连接于电极接片的电极端子。

Description

二次电池
相关申请的交叉参考
本申请要求于2004年9月24日递交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2004-0077222的优先权和利益，该申请全部内容结合在此作为参考。
技术领域
本发明涉及二次电池，更具体地讲，涉及一种具有增加的容量的二次电池。
背景技术
通常，二次电池(例如锂离子电池)可以分为方型电池、圆柱形电池或袋形电池。方型电池包括具有开口侧的六面体形的罐，插入罐中的、适于在预定电压下充电/放电的电极组件，注入到罐中以使离子移动的电解液，以及盖在罐的顶部以防止电极组件和电解液泄漏到外部的盖组件。此盖组件包括连接于罐开口侧的盖板，其中负电极端子经由绝缘垫圈连接到其中心。
电极组件通过叠层负电极板、隔板和正电极板并多次卷绕成胶卷构形而形成。正电极接片的第一端连接于正电极板，第二端焊接于盖组件的盖板上。
类似地，负电极接片的第一端连接于负电极板，第二端焊接于盖组件的负电极端子上。由此，除了形成于盖组件上的负电极端子，其盖板和罐作为整体充当正电极。
这种常规二次电池的问题在于，焊接在电极组件上的正负电极接片具有相对较大的厚度，因此电极组件可以卷绕的次数受到限制。具体地说，电极组件可以卷绕的次数与正负电极接片厚度按比例地减少。因而降低了二次电池的容量。另外，正负电极接片具有粘贴在其表面上的绝缘带，以防止分别具有不同极性的正负电极板之间短路。这进一步减少了电极组件可以卷绕的次数，以及降低二次电池的容量。
还有，在常规二次电池的制造过程中，正负电极接片必须分开地分别焊接在电极组件的正负电极板上，并且焊接到盖组件的盖板和负电极端子上。这使得制造工艺变得复杂，而且降低了产量。
罐中包含的电极组件在组装时可以具有与罐内部容积近似的体积，即便在其体积稍小于罐内部容积时，其可能在罐内部摆动。这种摆动造成形成于电极组件最外端的正电极板间歇地接触罐。这样，二次电池的输出电压或电流就有可能波动，正负电极接片甚至可能从电极组件或盖组件上脱离。电极组件在罐中摆动时还可能产生噪音。
发明内容
根据本发明，提供一种二次电池，其没有正电极接片，从而通过增加如正电极接片所占体积一样的电极组件卷绕次数来增加电池容量。还提供一种二次电池，其具有焊接于罐的电极板，使电极组件与罐直接连接，以防止电极组件在罐内摆动和产生噪音。
本发明提供一种二次电池，包括：在其一侧形成有开口的大致为六面体形的罐；容纳在罐中的电极组件，其具有叠层并卷绕多次的第一电极板、隔板和第二电极板，该第一电极板连接于罐的内表面，第二电极板连接于向外伸出预定距离的电极接片；具有连接在罐的开口上的盖板以及连接于盖板的电极端子的盖组件，其中电极接片焊接到电极端子上。
该二次电池具有电气地和机械地连接于罐的电极组件的第一电极板，而没有使用正电极接片，这就有效地防止了电极组件在罐内摆动。
由于没有正电极接片，电极组件可以设计成在具有相同高度的罐内具有更大的体积，从而增加二次电池的容量。
由于没有正电极接片，所以可以省去将正电极接片连接于电极组件和盖板上的工序，因而可以提高二次电池的生产率。
该二次电池可以在对应于电极组件短侧面的区域粘接有绝缘带，以防止电极组件在罐内松开和摆动。
附图说明
图1为根据本发明一示范性实施例的二次电池的透视图。
图2为根据本发明一示范性实施例的二次电池的分解透视图。
图3为图2中区域1的放大透视图。
图4为沿图1中线2-2做出的截面图。
图5为图4中区域3的放大透视图。
图6为沿图1中线4-4做出的截面图。
图7为图6中区域5的放大透视图。
图8为沿图1中线6-6做出的截面图。
具体实施方式
如图1所示，根据本发明的二次电池100包括大致六面体形的罐110，以及盖在罐110顶部的盖组件130。罐110中包含有电极组件和电解液，下面将对它们详细介绍。
罐110包括一对面积较大、且彼此相隔预定距离的长侧面部111，一对面积较小、且整体围绕着长侧面部111的两侧形成的短侧面部112，以及整体围绕长侧面部111和短侧面部112其余每侧形成的底部113。
短侧面部112具有预定曲率，使得其形状类似于电极组件120(稍后介绍)的卷绕形状，以使罐110内保持较小的空隙。短侧面部112也可以大体垂直于长侧面部111。但是，本发明对于短侧面部112的形状并不限制。
罐110可以由选自铝、铁、不锈钢、铜、铜合金以及等效物中任意金属制成，但罐110的材料并不局限于此处提到的这些。
罐110的长侧面部111机械地和电气地连接并固定于电极组件120。罐110在长侧面部111对角线相交的地方可以有焊接区域115，但焊接区域115的位置并不局限于所示和所描述的。例如，焊接区域115可以形成在长侧面部111的任何位置。虽然所示焊接区域115为大致方形，但焊接区域115的形状并不局限于此。例如，除了方形，焊接区域115可以为包括圆形、三角形、圆点花样等各种形状。焊接区域115可以用超声波焊接、激光焊接、电阻焊接或等效方法形成，但焊接方法并不局限于此。
盖组件130可以安装于罐110的顶部，以防止电极组件120和电解液泄漏到外部。具体地讲，盖板134相对着底部113连接于罐110，且其形状类似于底部113的形状。盖板134具有连接于其中心的电极端子136，在它们之间具有绝缘垫圈135以防止短路，球137安装并固定在电极端子136的旁边，以防止电解液注入后泄漏，安全排气孔(safety vent)134c形成在其另一侧，其厚度相对较薄，在罐110内压升高时破碎，以确保安全。除了盖板134，安全排气孔134c可以按任何形状形成于罐110的长侧面部111、短侧面部112以及底部113的任何位置上，但是安全排气孔134c的形状和位置并不局限于此处所描述的。
参见图2，罐110包括：具有焊接区域115的长侧面部111、短侧面部112以及底部113。罐110上相对底部113形成有开口114，以使电极组件120可以插入并安装在其中。
电极组件120通过开口114安装在罐110的内部，其高度略小于罐110的高度，以保证盖组件130的组装空间。电极组件120大致卷绕成胶卷构形，具有长侧面121和短侧面122。电极接片126大致在电极组件120中心的位置向上伸出预定距离，在其表面上还附着有绝缘带128以防止短路。这样，单个电极接片126被插入并固定在电极组件120上，进而增加电极组件120的卷绕面积。因而可以得到具有增加的容量的相同尺寸的二次电池100。
电极组件120具有粘贴在其短侧面122上的绝缘带127(图3)，以便在以留出小许空间的方式将电极组件插入罐110中时，有效地防止电极组件120松开以及防止电极组件摆动。特别是，绝缘带127去除了在电极组件120的短侧面122和罐110的短侧面部112之间形成的间隙。
电极组件120具有形成于长侧面121上的焊接区域129，其相对着罐110的长侧面部111，用于电气并机械地连接于罐110。但是，在长侧面部111上没有粘贴绝缘带127，以利于其焊接在罐110上。
盖组件130大致位于电极组件120的顶部。具体是，绝缘壳131、端子板132、绝缘板133、盖板134以及安装在电极端子136上的绝缘垫圈135依次定位，构成盖组件130。绝缘壳131在其上形成有以便电极接片126可以伸出的通孔131a，以及方便电解液注入的电解液注入孔131b。
端子板132、绝缘板133、盖板134分别具有通孔132a、133a和134a，以使电极端子136可以容易地与其结合。盖板134上形成有用于注入电解液的电解液注入孔134b，其上安装和焊接有球137。在旁边形成有安全排气孔134c，该安全排气孔在电池内压升高时可以破碎，以确保安全。
参见图3，图示为图2中区域1的放大透视图。
如图所示，电极组件120从外向内布置有第一电极板123、隔板124和第二电极板125，它们叠层的同时卷绕数次。电极组件120的短侧面122包围着绝缘带127，同时第一电极板123直接暴露穿过长侧面121，以电气地和机械地连接于罐110。隔板124的高度稍大于第一和第二电极板123和125的高度，以防止在第一和第二电极板123和125的上端或下端发生短路。
第一电极板123可以由常规铝箔制成，其表面上可以涂有正电极活性物质(例如，氧化锂钴(LiCoO2)，氧化锂镍(LiNiO2)、氧化锂锰(LiMn2O4)或其它等效物)。隔板124可以由聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)制成。第二电极板125可以由铜箔制成，并且其表面上可以涂有负电极活性物质(例如，石墨或其它等效物)。第一和第二电极板123和125通常分别作为正负电极。但是，第一和第二电极板123和125的金属和活性物质的类型在这里不作限制，可以有所改变。换言之，第一和第二电极板123和125可以分别作为负电极板和正电极板。
第一电极板123在其最外端区域没有正电极活性物质，该区域接触于罐110的内侧，以方便地焊接在罐110上。这是因为第一电极板123的最外端区域不与第二电极板125发生化学反应，因而不需要有正电极活性物质。
参见图4，电极组件120具有粘贴在短侧面122上的绝缘带127，其对应着罐110的短侧面部112。所以，电极组件120的短侧面122紧紧地固定在罐110的短侧面部112上，而不会摆动。电极组件120具有连接于其第二电极板125的电极接片126，其通过绝缘壳131的通孔131a向上伸出预定距离。因而电极接片126具有与第二电极板125相同的极性。电极接片126的表面粘贴有预定距离的绝缘带128，以防止电极接片126与第一电极板123发生短路。第二电极板125上没有形成负电极活性物质，以方便地焊接在电极接片126上。
电极端子136在连接于电极接片126时经过绝缘垫圈135连接到盖组件130的盖板134上。所以电极端子136具有与第二电极板125和电极接片126相同的极性。例如，当第二电极板125为负极性时，电极端子136也为负极性。相反，当第二电极板125为正极性时，电极端子136也为正极性。第一电极板123直接焊接在罐110上，并具有与罐110和盖板134相同的极性。例如，当第一电极板123为正极性时，罐110和盖板134也为正极性。可替换地，当第一电极板123为负极性时，罐110和盖板134也为负极性。
绝缘板133和端子板132从下面伸出盖板134，并连接于电极端子136，以防止其从盖板134上移出。
参见图5，图示为图4中区域3的放大截面图，绝缘带127位于罐110的短侧面部112与电极组件120的短侧面122之间。绝缘带127粘接在电极组件120的第一电极板123的短侧面122上。绝缘壳131固定在电极组件120的顶部。这样，绝缘带127可以防止电极组件120摆向罐110的短侧面部112，同时绝缘壳131也可以防止其摆向罐110的顶部或底部。
参见图6，罐110在两个相对的长侧面部111上分别具有焊接区域129。然后，电极组件120电气地并机械地固定在两个长侧面部111上。这可得到稳定的固定结构，并避免了产生摆动和噪音。焊接区域129可以分别位于相对的长侧面部111的大致中心的位置上，以便电极组件120可以沿相反方向固定在罐110中。但是，本发明对焊接区域129的构造并无限制，焊接区域129可以按非对称结构形成。具体地说，形成于一个长侧面部111和电极组件120之间的焊接区域129可以相对于形成于另一个长侧面部111与电极组件120之间的焊接区域129非对称布置和形成。
焊接区域129可以通过在罐110的长侧面部111和第一电极板123之间插入附加元件来形成，而不是将它们彼此焊接。例如，可以在罐110和电极组件120之间插入焊接膏，其可以在预定温度下形成回流(大约150-250℃)，这样焊接膏熔化，并将罐110与电极组件120机械地和电气地连接。该附加元件可以是常规导电膜、各向异性导电膜、导电膏、导电板或者等效物，但在此并不限制。
参见图7，图示为图6中区域5的放大截面图，电极组件120的第一电极板123焊接于罐110的长侧面部111。具体地说，焊接区域129形成于第一电极板123和长侧面部111之间。第二电极板125位于第一电极板123的内侧，其间插有隔板124，以防止第一和第二电极板123和125之间短路。当以超声波方式焊接时，焊接较浅，这进一步减小了短路的可能性。具体地说，电极组件120被插入罐110中，超声波作用在罐110的长侧面部111的预定区域，以将长侧面部111焊接到电极组件120的第一电极板123。但是本发明对焊接方式并无限制，可以使用常规激光焊接、电阻焊接或其它等效方法。
参见图8，罐110包括互相间隔预定距离的长侧面部111，以及围绕其周围形成短侧面部112。短侧面部112可以有预定的曲率。由于电极组件120的短侧面122也以同样的曲率卷绕，因此在罐110的短侧面部112和电极组件120的短侧面122之间具有小的空隙。在电极组件120的短侧面122上粘接的绝缘带127进一步减少罐110的短侧面部112和电极组件120的短侧面122之间的间隙，从而更有效地防止电极组件120在罐内摆动和产生噪音。
电极组件120的长侧面121被焊接在罐110的长侧面部111上。具体地说，焊接区域129形成于电极组件120的第一电极板123的长侧面121和罐110的长侧面部111上，焊接区域129将电极组件120电气地和机械地固定在罐110上。因而，电压和电流可以从电极组件120的第一电极板123传送到罐110，并可以防止电极组件120在罐110中摆动。
如上所述，在示例性二次电池中，电极组件的第一电极板电气地和机械地连接于罐，而没有使用现有技术中的正电极接片，从而有效地防止了电极组件在罐中摆动。
由于没有正电极接片，电极组件可以设计成在具有相同高度的罐内具有增加的容积，从而增加容量。
由于没有正电极接片，所以省去了将正电极接片连接于电极组件和盖组件上的工序，因而提高了二次电池的生产率。
二次电池在对应于电极组件短侧面的区域粘贴有绝缘带，以防止电极组件在罐中松开和摆动。
尽管以说明为目的对本发明示例性实施例进行了说明，但本领域技术人员可以理解的是，在不背离本发明所附权利要求所提出的原理和范围的情况下，本发明可以有各种变体、增加和替换。

Claims (21)

1. 一种二次电池，包括：
在其一侧上形成有开口的大致为六面体形的罐；
容纳在该罐中的电极组件，该电极组件包括叠层并卷绕多次的第一电极板、隔板和第二电极板，该第一电极板直接地机械并电气连接于罐的内表面，该第二电极板连接于向外部伸出预定距离的电极接片；以及
盖组件，具有连接在罐的开口上的盖板，以及连接于盖板的电极端子，
其中该电极接片被焊接到该电极端子上。
2. 如权利要求1所述的二次电池，其中
该罐包括一对具有第一面积、且彼此间隔开的长侧面部，一对具有第二面积、且围绕长侧面部的侧边整体形成的短侧面部，以及与长侧面部和短侧面部成整体的底部，并且
其中该第一面积大于第二面积。
3. 如权利要求2所述的二次电池，其中该短侧面部是曲面的。
4. 如权利要求2所述的二次电池，其中该短侧面部基本上垂直于长侧面部。
5. 如权利要求2所述的二次电池，其中该罐的长侧面部连接于电极组件的第一电极板。
6. 如权利要求2所述的二次电池，其中在该罐的长侧面部和电极组件的第一电极板之间形成焊接区域，以将电极组件电气地和机械地连接于罐。
7. 如权利要求2所述的二次电池，其中该罐的长侧面部在对角线相交的区域连接于电极组件的第一电极板。
8. 如权利要求1所述的二次电池，其中该罐由选自包括铝、铁、不锈钢、铜和铜合金的组中之一制成。
9. 如权利要求1所述的二次电池，其中
该电极组件被卷绕成具有长侧面和短侧面的胶卷构形，并且
其中在对应于短侧面的区域粘接有绝缘带，以防止电极组件在罐内摆动。
10. 如权利要求1所述的二次电池，其中所述盖组件的电极端子连接到盖板，且在电极端子和盖板之间插有绝缘垫圈。
11. 如权利要求1所述的二次电池，其中所述盖组件具有介于盖板和电极组件之间的绝缘壳，该绝缘壳具有通孔，以使电极接片从其中延伸穿过并可连接于电极端子。
12. 如权利要求1所述的二次电池，其中该第一电极板和第二电极板上分别涂有正电极活性物质和负电极活性物质。
13. 如权利要求1所述的二次电池，其中在该电极接片的表面上粘接有绝缘带，以防止该电极接片与第一电极板短路。
14. 如权利要求1所述的二次电池，其中在所述盖板上形成供电解液注入的电解液注入孔，在该电解液注入孔中可插入并可焊接球。
15. 如权利要求1所述的二次电池，其中在所述盖板上形成安全排气孔，该安全排气孔适于在二次电池的内压升高时破裂。
16. 如权利要求1所述的二次电池，其中该第一电极板以选自包括导电膜、导电膏和导电板的组中之一的方式连接于罐的内表面。
17. 如权利要求1所述的二次电池，其中该第一电极板以各向异性导电膜的方式连接于罐的内表面。
18. 一种制造二次电池的方法，该二次电池包括具有开口的罐，容纳在该罐中的电极组件，以及具有覆盖开口的盖板的盖组件，其中该电极组件具有叠层在一起并卷绕的第一电极板、第二电极板和隔板，该方法包括：
将第一电极板直接地机械并电气连接到罐的内表面；
将第二电极板连接到从罐伸出的电极接片；以及
将电极接片穿过盖板连接到电极端子。
19. 如权利要求18所述的方法，其中
该电极组件被卷绕成具有长侧面和短侧面的胶卷构形，并且
其中在对应于短侧面的区域粘接绝缘带，以防止电极组件在罐内摆动。
20. 如权利要求18所述的方法，其中在该电极接片的表面粘接绝缘带，以防止该电极接片与第一电极板短路。
21. 如权利要求18所述的方法，其中在盖板上形成安全排气孔，该安全排气孔适于在二次电池的内压升高时破裂。
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