CN100472850C - 电极组件和使用该电极组件的可再充电电池 - Google Patents

Abstract

一种电极组件适于防止隔板在过充电/过放电过程中，或在内部短路的情况下因电极接片附近发热而收缩。该电极组件还防止电极板之间出现额外短路。还提供了包含该电极组件的可再充电电池。本发明可以防止电极接片在过充电过程中或在短路情况下因发热增加而短路，从而提高可再充电电池的安全性。

Description

电极组件和使用该电极组件的可再充电电池

相关申请的交叉参考

本申请要求2004年6月25日递交的、韩国专利申请号为2004-0048000的优先权和利益，该申请包含在此作为参考目的。

技术领域

本发明涉及一种可再充电的锂离子电池。具体地，本发明涉及一种电极组件，该电极组件在过充电/过放电过程中或在内部短路情况下，可防止隔板因电极接片附近发热而收缩。本发明还可防止电极板之间发生的额外短路。本发明还涉及使用该电极组件的可再充电电池。

背景技术

与不能再充电的不可再充电的电池相比，可再充电电池是指可以重复充电和放电的电池。可再充电电池广泛应用于前沿的电子设备领域，包括便携式电话、笔记本电脑和便携式摄像机。

例如，锂离子可再充电电池的工作电压为3.7V，该电压是经常用作便携式电子设备的镍镉电池或镍氢电池的三倍。锂离子可再充电电池还具有较高的单位重量的能量密度，这使它们适合于用在工业中。

锂离子可再充电电池通常用锂基氧化物作为正极活性物质，使用碳材料作为负极活性物质。锂离子可再充电电池一般根据所使用的电解液类型，比如液体电解液和聚合物电解液进行分类。使用液体电解液的电池称为锂离子电池，使用聚合物电解液的电池称为锂聚合物电池。锂离子可再充电电池被制造成各种形状，包括圆柱型、罐型和袋型电池。

如图1和图2所示的罐型锂离子可再充电电池包括罐10、容纳在罐10内的电极组件20和用于密封罐10的开口的盖组件70。

罐10可以由金属制成，并形成为长方形箱的形状。因此，罐自身可以充当电池的端子。罐10的一个表面上形成有开口，即顶部开口10a，通过该开口将电极组件20放入到罐10内。

电极组件20包括正极板30、负极板40和隔板50。将正极板30和负极板40与置于它们之间的隔板50叠层在一起，并被卷绕成胶卷状。

正极板30包括由薄铝箔制成的正极集电体32和正极涂覆部分34，该涂覆部分用锂基氧化物作为主要成分，并且被涂覆在正极集电体32的两个表面上。正极集电体32还具有位于正极未涂覆部分32a，该正极未涂覆部分上没有形成正极涂层，并且位于正极板30的两端上。通过超声焊接将正极接片36固定到正极未涂覆部分32a上，正极接片的两端被固定成从正极集电体32的上端突出。正极接片36通常包含镍或镍合金，但也可以使用其它金属物质。

负极板40包括由薄铜箔制成的负极集电体42和负极涂覆部分44，该涂覆部分主要包含碳材料，并且形成在负极集电体42的两个表面上。负极集电体42具有负极未涂覆部分42a，该负极未涂覆部分上没有形成负极涂层，并位于负极板40的两端上。通过超声焊接将负极接片46固定到负极未涂覆部分42a上，该负极接片的两端从负极集电体42的上端突出。负极接片46通常包含镍或镍合金，但也可以使用其它金属物质。

隔板50位于正极板30和负极板40之间，使它们相互绝缘。隔板50可以包含例如聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯及聚丙烯的复合膜。隔板50的宽度可以大于正极板30和负极板40的宽度，以防止它们之间短路。

盖组件70包括盖板71、绝缘板72、端子板23和负极端子74。在将盖组件70连接到单独的绝缘壳(insulation case)79上之后，盖组件70被连接到罐10的顶部开口10a上，并将其密封起来。

如果可再充电电池过充电或过放电，或者在两个电极之间发生短路，罐内会产生热量。特别是，发热集中在罐的内电阻增加的部分上。就是在此区域，不同种类的金属相互结合，以将电极板焊接到电极接片上。由于发热集中在电极接片附近，因此使正极板和负极板相互绝缘的隔板会熔化和收缩。如图2中的虚线52所示，隔板50的位于负极接片46的一端会严重收缩，并且正极板30和负极板40之间的绝缘膜会消失。结果，正极板30和负极板40之间可能会发生额外的短路。当可再充电电池中产生热量时，隔板50的位于正极接片36的一端可能也收缩。

由于近来开发的可再充电电池倾向于具有较大的功率存储容量，因此这些电池的能量密度也增加。这会造成更高可能发生可再充电电池的过热和爆炸。

发明内容

本发明提供一种电极组件，用于防止隔板因在过充电/过放电过程中，或由于内部短路，受到电极接片附近产生的热量而收缩，本发明还防止电极接片和电极板之间出现额外的短路。

本发明还提供一种使用上述电极组件的可再充电电池。

本发明附加的特征将在下面描述中陈述，部分特征将从描述中了解，或者通过本发明的实践而学习得到。

本发明公开一种可再充电电池，包括通过将第一电极板、第二电极板和隔板卷绕在一起而形成的电极组件。该第一电极板包括第一电极集电体、第一电极涂覆部分和在第一电极板至少一侧上形成的第一电极未涂覆部分。该第二电极板包括第二电极集电体、第二电极涂覆部分和在第二电极板至少一侧上形成的第二电极未涂覆部分。该隔板使第一电极板和第二电极板相互绝缘，并且具有分别固定到第一电极板和第二电极板一侧上的第一电极未涂覆部分和第二电极未涂覆部分上的第一电极接片和第二电极接片。另外，绝缘带被附着到隔板的在卷绕第一电极板和第二电极板以及隔板时绝缘带朝向第一电极板或第二电极板的位置上。

本发明还公开一种用于可再充电电池的电极组件，包括第一电极板，该第一电极板包括第一电极集电体、第一电极涂覆部分和第一电极接片，第一电极接片被焊接到第一电极板一侧上的第一电极未涂覆部分上。该电极组件还包括第二电极板，该第二电极板包括第二电极集电体、第二电极涂覆部分和第二电极接片，该第二电极接片被焊接到第二电极板一侧上的第二电极未涂覆部分上。另外，隔板与该第一电极板和第二电极板卷绕在一起，以使它们相互绝缘。绝缘带被附着到隔板的在卷绕第一电极板和第二电极板以及隔板时绝缘带朝向第一电极板或第二电极板的位置上。

应该理解，上述总的描述和下面的详细说明是示范性和解释性的，并被用于提供对如权利要求所述发明的进一步解释。

附图说明

所包含的用于提供对本发明的进一步理解并包含在此构成本说明书的一部分的附图，用图说明本发明实施例，并连同描述内容一起用于解释本发明的原理。

图1是惯用可再充电电池的分解透视图。

图2是卷绕之前的惯用电极组件的透视图。

图3根据本发明示范性实施例卷绕之前的电极组件的透视图。

图4是图3所示的电极组件的俯视图。

图5是图3所示卷绕之后的电极组件的俯视图。

图6根据本发明另一示范性实施例卷绕之后的电极组件的俯视图。

图7根据本发明另一示范性实施例卷绕之后的电极组件的俯视图。

具体实施方式

本发明防止隔板由于受到过充电、过放电过程中或在电极之间短路情况下在电极接片处产生的热量的影响而熔化和收缩。本发明还防止在电极接片和电极板之间发生额外短路。

另外，本发明避免电极板之间发生的、由新的可再充电电池的高功率容量在电极接片附近产生的热量所引起的任何短路。因此，可以防止可再充电电池的发热和爆炸，从而改进电池的安全性。

下面将参照附图说明本发明的示范性实施例。在下面的说明书和附图中，相同的附图标记用于表示相同或相似的部件，因此省略对相同或相似的零部件的重复说明。

图3是根据本发明优选实施例卷绕之前的电极组件的透视图；图4是图3所示的电极组件的俯视图；图5是图3所示卷绕之后的电极组件的俯视图；图6是根据本发明另一示范性实施例卷绕的电极组件的俯视图；图7是根据本发明另一示范性实施例卷绕的电极组件的俯视图。

参照图3、图4和图5，电极组件100包括第二电极板130、第一电极板140和隔板150。将第二电极板130和第一电极板140与置于它们之间起绝缘作用的隔板150叠层在一起，并卷成胶卷状。电极组件100还包括绝缘带(insulation tape)160，该绝缘带被附着到隔板150的预定位置上。第一电极板140和第二电极板130可以分别形成负极板和正极板。

电极组件100包括第一电极接片146，第一电极接片146形成在电极组件100的内周部分上，并且被焊接到第一电极板140上，且从电极组件100的顶部突出。电极组件100还包括第二电极接片136，第二电极接片136形成在电极组件100的外周部分上，并且被焊接到第二电极板130上，且从电极组件100的顶部突出。这里所用的“内周部分”是指电极组件100绕其卷绕的中心部分，而“外周部分”是指电极组件100与内周部分相对的外侧。第一电极接片146和第二电极接片136的位置可以转换，并且第一和第二电极接片146和136都可以形成在内周部分上。

第二电极板130包括第二电极集电体132和第二电极涂覆部分134。第二电极集电体132包含例如薄铝箔。第二电极涂覆部分134可以用锂基氧化物作为主要成分，并且形成在第二电极集电体132的两个表面上。第二电极集电体132具有第二电极未涂覆部分133，第二电极未涂覆部分133上没有形成第二电极涂覆部分134，并且位于第二电极集电体132的至少一端的预定区域上。通过超声焊接或激光焊接将第二电极接片136固定到位于第二电极集电体的一端上的第二电极未涂覆部分133上。第二电极接片136可以包含镍金属，并且以如下方式固定：其上端从第二电极集电体132的上端突出。

第一电极板140包括第一电极集电体142和第一电极涂覆部分144。第一电极集电体142可以包含薄铜箔。第一电极涂覆部分144可以主要包含碳材料，并且形成在第一电极集电体142的两个表面上。第一电极集电体142具有第一电极未涂覆部分143，第一电极未涂覆部分143上没有形成第一电极涂覆部分144，并位于第一电极集电体142的至少一端上。第一电极接片146可以包含镍金属，并且用超声焊接到第一电极集电体142一端上的第一电极未涂覆部分143之一上；在卷绕过程中，该第一电极未涂覆部分位于内周部分上。以如下方式固定第一电极接片146：其上端从第一电极集电体142的上端突出。

参照图5，隔板150被放置在电极组件100的第二电极板130和第一电极板140之间，以使它们相互绝缘，并将隔板150与它们一起卷绕。隔板150上的预定位置附着有绝缘带160，以便在卷绕第二电极板130和第一电极板140以及隔板150时，该绝缘带朝向第二电极板130或第一电极板140。

绝缘带160防止从第一电极接片146产生的热量直接传递到隔板150。特别是，绝缘带160可有效地防止隔板150在与第一电极接片146的位置对应的位置处收缩，尽管在第一电极接片146处产生热量。

绝缘带160具有预定的宽度，其高度与第二电极板130或第一电极板140的高度相同，且绝缘带160被附着到隔板150的没有接触第二电极板130的表面上。隔板150足够宽，以被附着到隔板150的与第二电极板130的第二电极未涂覆部分133对应的位置上。绝缘带160被附着到隔板150的预定部分上，并且即使在受热时，绝缘带160也保持隔板150在合适位置，从而防止隔板150收缩。

绝缘带160可以被附着到至少一块隔板150的表面与第二电极未涂覆部分133或者第二电极板130的第二电极涂覆部分134的一端对应的位置。在将第一电极板140和第二电极板130以及隔板150卷绕在一起以形成电极组件100时，绝缘带160可以位于电极组件100的内周部分上。由于一对隔板150被放置在第二电极板130的两个表面之间，并且进行卷绕，因此绝缘带160被附着到每块隔板150的表面上。

绝缘带160可以被附着到隔板150的不接触或接触第二电极板130的第二电极未涂覆部分133的表面上。当绝缘带160被附着到隔板150的与第二电极板130的第二电极涂覆部分134的一端对应的位置上时，绝缘带160可防止隔板150被第二电极涂覆部分134一端上的突起损坏。

绝缘带160可以被附着到至少一块隔板150的表面、与第二电极板130的第二电极未涂覆部分133对应的位置，其中第二电极未涂覆部分133位于电极组件100的内周部分上。第二电极板130的第二电极未涂覆部分133的位置一般与位于电极组件100的内周部分上的第一电极接片146对应。

因此，绝缘带160可以被附着在隔板150上与位于电极组件100的内周部分上的第二电极板130的第二电极未涂覆部分133的一端对应的位置。当隔板150因受热而收缩时，该端首先收缩。然后，第二电极板130的第二电极未涂覆部分133的该端被暴露，并且可能与第一电极板140短路。因此，绝缘带160优选被附着到隔板150上与第二电极板130的第二电极未涂覆部分133的一端对应的位置。更优选的是，绝缘带160被附着在隔板150上，使得第二电极板130的第二电极未涂覆部分133的该端位于绝缘带160的宽度的中心处。

绝缘带160可以被附着到至少一块隔板150上的某个区域中，在该区域内，多块隔板150在位于电极组件100的内周部分上的第二电极板130的一端的外侧相互接触。更具体地，当隔板150适当延长超越第二电极板130的第二电极未涂覆部分133时，绝缘带160可以被附着到隔板150的一端上。在这种情况下，绝缘带160被附着到隔板150的在第二电极板130的该端外侧处的一端，以使绝缘带防止隔板150的该端收缩。

一般来说，在电极组件100内，第一电极板140或第二电极板130和第一电极接片146或第二电极接片136之间的焊接部分会分别产生大量的热。特别是，在电极组件100内，第一电极板140和第一电极接片146之间的焊接部分产生的热量最多。因此，被卷绕到电极组件100的内周部分上的隔板150会剧烈收缩。但是，由于随温度变化很小的绝缘带160被附着到隔板150的表面上，即使从电极组件100的内周部分、特别是位于隔板150附近的第一电极接片146发热时，也可防止隔板150收缩。因此，可防止第一电极板140和第二电极板130相互短路。

绝缘带160由不与可再充电电池中使用的电极液发生反应、并且在150℃甚至更高的温度下有足够抗热变形能力的材料制成，这种材料可以包括，但不限于聚苯硫醚、聚酰亚胺或聚丙烯。绝缘带160的厚度优选为5μm～200μm。如果绝缘带160的厚度小于5μm，绝缘带160的强度就不足以防止隔板收缩。如果绝缘带160的厚度大于200μm，胶卷的厚度就会增加。

图6是根据本发明另一示范性实施例卷绕的电极组件的俯视图。

如图6所示，在电极组件100a中，绝缘带160a不仅可以被附着到隔板150a上的与内周部分的第二电极板130的第二电极未涂覆部分133对应的位置上，而且可以被附着到隔板150a的朝向外周部分的第一电极板140的位置上。特别是，绝缘带160a可以被附着到隔板150a的表面上，该表面不接触位于电极组件100a的外周部分上的第一电极板140。

绝缘带160a可以被附着到至少一块隔板150a的表面上的与第一电极未涂覆部分143或位于电极组件100a的外周部分上的第一电极板140的第一电极涂覆部分144的一端对应的位置。由于一对隔板150a被放置在第一电极板140的两个表面之间，并且进行卷绕，因此绝缘带160a被附着到每块隔板150a的表面上。绝缘带160a优选被附着到隔板150的不接触第二电极板130的第二电极未涂覆部分133的表面上。当绝缘带160a被附着到隔板150a上的与第一电极板140的第一电极涂覆部分144的一端对应的位置时，绝缘带160a可防止隔板150a被第一电极涂覆部分144的该端上的突起损坏。

电极组件100a的外周部分上一般形成有第二电极接片136。在该接片处产生的热量被分散到容器10的外部。结果，来自外周部分的热比来自内周部分的热更少地进入电极组件100a。当可再充电电池内突然发热时，隔板150a在外周部分也可能收缩。因此，绝缘带160a也可被附着到隔板150a上的与第一电极板140的第一电极未涂覆部分143对应的位置，以防止隔板150a收缩。在电极组件100a的外周部分上的隔板150a上附着的绝缘带160a的厚度可以小于在电极组件100a的内周部分上的隔板150a上附着的绝缘带160的厚度。

绝缘带160a可以被附着到至少一块隔板的表面上的与位于电极组件100a的外周部分上的第一电极板140的第一电极未涂覆部分143对应的位置。具体地，第一电极板140的第一电极未涂覆部分143的位置一般与位于电极组件100a的外周部分上的第二电极接片136对应。

因此，绝缘带160a可以优选被附着到隔板150a上的与位于电极组件100a的外周部分上的第一电极板140的第一电极未涂覆部分143的一端对应的位置。当隔板150a因受热而收缩时，其端部首先收缩。第一电极板140的第一电极未涂覆部分143的该端就会暴露，并且可能与第二电极板130短路。因此，绝缘带160a优选被附着到隔板150a上的与第一电极板140的第一电极未涂覆部分143的一端对应的位置。更具体地，绝缘带160a被附着到隔板150a上，使得第一电极板140的第一电极未涂覆部分143的该端位于绝缘带160a的宽度的中心处。

绝缘带160a可以被附着到至少一块隔板150a上，使得多块隔板150a在第一电极板140的位于电极组件100a的外周部分上的端部的外侧相互接触。如果隔板150a适当延长到超越第一电极板140的第一电极未涂覆部分143，绝缘带160a可以被附着到隔板150a的一端上。在这种情况下，绝缘带160a被附着到在第一电极板140的该端外侧的隔板150a的一端上，并且可防止隔板150a的该端收缩。

图7是根据本发明另一示范性实施例卷绕后的电极组件的俯视图。

如图7所示，在电极组件100b中，第二电极接片136b和第一电极接片146b都形成在电极组件100b的内周部分上。绝缘带160形成在隔板150b的与第二电极板130b的第二电极未涂覆部分133b对应的至少一个表面上。绝缘带160优选被附着到隔板150b不接触第二电极板130b的第二电极未涂覆部分133b的表面上。

因此，隔板150b由绝缘带160保持在合适位置，并且即使在发热时，它也不收缩。此外，这种结构可以防止第二电极板130b和第一电极板140b之间发生短路。电极组件100b的第一电极板140b和第二电极板130b以及绝缘带160的形状可以与图5或图6所示的形状相同，因此省略对其进行详细说明。

尽管在说明本发明时参照的是罐型可再充电电池的优选实施例，它具有形成胶卷状并且均匀压缩的电极组件，但本发明并不局限于长方形箱形状的可再充电电池。本发明的电极组件可以应用于任何类型的电池，只要其可以使用胶卷状的电极组件。因此，除了例如正方形可再充电电池之外，本发明还可应用于圆柱形可再充电电池、纽扣形可再充电电池以及原电池。

对于本领域技术人员很显然的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本发明可以有各种修改和变体。因此，本发明意欲覆盖本发明的各种修改和改变，只要它们在附带的权利要求及其等价替换的范围内。

Claims (25)

1.一种电极组件，包括：

第一电极板，包括第一电极集电体、第一电极涂覆部分和形成在该第一电极板至少一侧上的第一电极未涂覆部分；

第二电极板，包括第二电极集电体、第二电极涂覆部分和形成在该第二电极板至少一侧上的第二电极未涂覆部分；

第一电极接片和第二电极接片，分别被固定到第一电极未涂覆部分和第二电极未涂覆部分上；

隔板，用于使该第一电极板和该第二电极板相互绝缘；以及

对应于所述第一电极接片或第二电极接片的位置被附着到该隔板的至少一端的绝缘带，该绝缘带用于防止该隔板收缩或熔化；

其中该隔板与该第一电极板和该第二电极板卷绕以使它们相互绝缘。

2.根据权利要求1的电极组件，其中该绝缘带被连接到隔板上，使得在第一电极板和第二电极板与隔板卷绕时该绝缘带朝向第一电极未涂覆部分或第二电极未涂覆部分。

3.根据权利要求2的电极组件，其中该绝缘带被连接到至少一个隔板的表面与位于电极组件的外周部分上的第一电极板的第一电极未涂覆部分以及第一电极涂覆部分的一端对应的位置上。

4.根据权利要求2的电极组件，其中该绝缘带被连接到至少一个隔板的表面与位于电极组件的外周部分上的第一电极板的第一电极未涂覆部分的区域对应的位置上。

5.根据权利要求2的电极组件，其中该绝缘带被连接到至少一个隔板的与位于电极组件的外周部分上的第一电极板的第一电极未涂覆部分的一端对应的位置上，所述一端远离所述第一电极涂覆部分。

6.根据权利要求2的电极组件，其中该绝缘带被连接到该隔板上，使得该第一电极板的第一电极未涂覆部分的一端位于该绝缘带宽度的中心处，所述一端远离所述第一电极涂覆部分。

7.根据权利要求2的电极组件，其中该绝缘带被连接到至少一个隔板的其中多个隔板在第一电极板的一端外侧相互接触的区域中。

8.根据权利要求2的电极组件，其中该绝缘带被连接到至少一个隔板的表面与位于电极组件的内周部分上的第二电极板的第二电极未涂覆部分以及第二电极涂覆部分的一端对应的位置上。

9.根据权利要求3的电极组件，其中该绝缘带被连接到至少一个隔板的表面与位于电极组件的内周部分上的第二电极未涂覆部分的区域对应的位置上。

10.根据权利要求2的电极组件，其中该绝缘带被连接到至少一个隔板的与位于电极组件的内周部分上的第二电极板的第二电极未涂覆部分的一端对应的位置上，所述一端远离所述第二电极涂覆部分。

11.根据权利要求2的电极组件，其中该绝缘带被连接到该隔板上，使得第二电极板的第二电极未涂覆部分的一端位于该绝缘带宽度的中心处，所述一端远离所述第二电极涂覆部分。

12.根据权利要求2的电极组件，其中该绝缘带被连接到至少一个隔板的其中多个隔板在位于该电极组件的内周部分上的第二电极板的一端外侧相互接触的区域中。

13.根据权利要求2的电极组件，其中该绝缘带被连接到隔板的在该绝缘带位于该电极组件的内周部分上时没有接触第二电极板的表面上；并且

该绝缘带被连接到隔板的在该绝缘带位于该电极组件的内周部分上时没有接触第一电极板的表面上。

14.根据权利要求1的电极组件，其中该绝缘带具有预定宽度，并且其高度等于或大于第二电极板的高度。

15.根据权利要求1的电极组件，其中该绝缘带包含由聚苯硫醚、聚酰亚胺和聚丙烯组成的组中选择的材料。

16.根据权利要求1的电极组件，其中该绝缘带的厚度为5μm～200μm。

17.根据权利要求2的电极组件，其中在该电极组件的外周部分上被连接到隔板上的绝缘带的厚度比在该电极组件的内周部分上被附着到隔板上的绝缘带的厚度薄。

18.根据权利要求1的电极组件，其中该第一电极板和第二电极板分别形成为负极板和正极板。

19.根据权利要求2的电极组件，其中第一电极接片和第二电极接片分别被固定到第一电极板和第二电极板一侧上的第一未涂覆部分和第二未涂覆部分。

20.根据权利要求19的电极组件，其中第一电极接片和第二电极接片分别位于电极组件的内周部分和外周部分上。

21.根据权利要求19的电极组件，其中第一电极接片和第二电极接片均位于电极组件的内周部分。

22.根据权利要求1的电极组件，其中该绝缘带被连接到隔板上，使得该绝缘带朝向第一电极未涂覆部分的连接电极接片的位置。

23.包含权利要求1的电极组件的电池。

24.包含权利要求2的电极组件的电池。

25.包含权利要求1的电极组件的电池，其中该第一电极板和第二电极板分别形成为负极板和正极板。

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