CN100524928C - 二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二次电池，包括具有正极、负极和置于正负极之间的隔板的电极组件，以及在其中装入该电极组件的壳体。至少正、负极中的一个具有带有刚性增强构件的前端。

Description

二次电池

技术领域

本发明涉及二次电池，特别是涉及用于二次电池的电极组件。

背景技术

基于可再充电的机理，二次电池区别于化学能向电能不可逆转变的原电池。二次电池分为低容量电池和高容量电池。其中低容量电池用单一的电池组电池装配成包形式；而高容量电池用多个电池组电池装配成电池组。低容量电池用作例如便携式电话、膝上计算机和便携式摄像机之类的小型电子设备的电源；而高容量电池可在混合电动车等中用作驱动电动机的电源。

二次电池可以形成为多种形状，例如圆柱形和棱柱形。在带状正极和负极之间插入有绝缘隔板的电极组件被安装在壳体中，并且盖组件被装配到该壳体。

通过在集流体上涂活性物质以分别形成正极和负极。根据在集电体上有或没有涂敷活性物质，涂有活性物质的区域称作“涂层区域”；而没有活性物质的区域称作“无涂层区域”。

正极、隔板和负极被卷绕成胶卷(jelly roll)形状(在圆柱形电池的情况下)，或卷绕成胶卷形状后再压缩(在棱柱形电池的情况下)。

当制备电极组件以制造二次电池时，正极和负极与隔板一起层压并卷绕。随着电极组件的卷绕，它的最开始卷绕的部分被弄皱，而制成有缺陷的最终产品。

这种问题的产生是因为电极组件的正极和负极用薄板形成，它的刚性较弱。

当由于上述问题而使制造的电极组件有缺陷时，集流体不可避免地也有缺陷，并且二次电池的产品可靠性也将恶化。

特别是当上述问题发生在要求高功率的用来驱动电动机的二次电池中时，用这样的电池难以作为驱动电动机的电源，并且安装有该电池的设备会发生严重的设备失效。

发明内容

根据本发明，提供一种具有高质量电极组件的二次电池，该电极组件有被完好卷绕的电极。

根据本发明的一个方面，一种二次电池，包括具有正极、负极和置于正负极之间的隔板的电极组件，和在其中装入该电极组件的壳体。至少正、负极中的一个具有带有刚性增强构件的前端。

该电极组件形成胶卷形状。

该电极具有集流体和在集流体上形成的活性物质层。该集流体具有带有活性物质的活性物质区域和没有活性物质的非活性物质区域。

该非活性物质区域沿着集流体的长度在集流体的单侧外围形成。

该刚性增强构件在该活性物质层上形成。

该刚性增强构件可在没有活性物质的集流体上形成。

该刚性增强构件可延伸在该活性物质层上。

该活性物质层被放置在集流体的单侧表面上，并且刚性增强构件在集流体没有活性物质层的另一侧表面上形成。

刚性增强构件是分别在电极形成的、并附着到该电极上的膜。

该膜仅被放置在集流体的单侧表面上。

该膜可以被放置在集流体的双侧表面上，同时围绕着集流体的前端。

该膜选自聚酯、聚酰亚胺、聚硫醚、玻璃纤维、氯乙烯和合成纤维。

放置在该集流体表面上的膜的宽度为2～15cm。

该膜通过粘合剂附着到电极上。

该刚性增强构件通过使集流体重叠而形成。

该刚性增强构件可通过使集流体对应于电极前端的部分的厚度大于电极其他部分的厚度而形成。

该刚性增强构件可通过使在集流体对应于电极前端部分上形成的活性物质层的厚度大于在集流体其他部分上形成的活性物质层的厚度而构造形成。

根据本发明的另一方面，二次电池包括具有正极、负极和置于正负极之间的隔板的电极组件和在其中装入该电极组件的壳体。至少正极和负极中的一个具有厚度与该电极其他部分的厚度不同的前端。

该电极前端的厚度设定为大于该电极其他部分的厚度。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的二次电池的截面图。

图2是用于根据本发明第一实施例的二次电池的电极组件的分解透视图。

图3A是用于根据本发明第一实施例的二次电池的正极的部分平面图。

图3B是用于根据本发明第一实施例的二次电池的负极的部分平面图。

图4A、4B、4C和4D说明用于根据本发明第一实施例的二次电池的刚性增强构件。

图5A、5B和5C说明用于根据本发明第二实施例的二次电池的刚性增强构件。

图6A、6B和6C说明用于根据本发明第三实施例的二次电池的刚性增强构件。

图7A和7B说明用于根据本发明第四实施例的二次电池的刚性增强构件。

具体实施方式

图1是根据本发明第一实施例的二次电池的截面图。现在参考图1对根据本发明第一实施例的二次电池进行说明。

根据第一实施例的二次电池，电极组件10通过将绝缘隔板13插入到正、负极板11和12之间，并进行卷绕而形成。该电极组件10通过在圆柱形或棱柱形壳体20上的开口部分装入到该壳体中。壳体20的开口部分用盖组件30经垫圈31而被密封。

壳体20用诸如铝、铝合金和镀镍钢等导电金属材料形成。壳体20形成为具有安装电极组件10的内部空间的圆柱体形状，但并不局限于此。

盖组件30包括具有外部端子32a的盖板32，以及用于使壳体20绝缘于盖板32的垫圈31。盖组件30可进一步包括带有安全排气孔的通气板33，该安全排气孔在预定的压力下可被破坏，并将在壳体20中产生的气体排到外部，从而防止二次电池爆炸。该安全排气孔并不限于在通气压板33上形成，其结构可以变化，只要它在预定的压力下使电极组件10绝缘于盖组件30的外部端子32a。

基于绝缘材料的垫圈31密封壳体20，并使作为阴极的盖组件30电绝缘于作为阳极的壳体20。

盖组件30通过引线元件35电连接于电极组件10。

现在对用于根据本发明的第一实施例的二次电池的电极组件进行说明。

如图2所示，在电极组件10中，隔板13被放置在正、负极板11和12之间，并螺旋地卷绕在一起。正、负极11和12具有活性物质层，该活性物质层通过在集流体11b和12b上分别涂活性物质而形成。

该活性物质没有被涂敷在沿集流体11b和12b长度的单侧外围上。也就是说，导电的集流体11b和12b的外围部分暴露于外部。

为了方便解释，下文将正、负极11和12的带有活性物质层的区域称为“活性物质区域”11c和12c，把没有活性物质层、集流体11b和12b暴露于外部的区域称为“非活性物质区域”11a和12a。

随着电极组件10的形成，正极11的非活性物质区域11a与负极12的非活性物质区域12a是彼此相对的，同时相对于隔板13被突出出来。

正极集流体40被焊接到正极11的非活性物质区域11a，负极集流体50被焊接到负极12的非活性物质区域12a。正极集流体40通过引线元件35电连接到盖组件30的通气板33上，负极集流体50被焊接到壳体20的底部，同时被电连接到其上。

如图2所示，正极11、负极12和隔板13围绕着核心14卷绕成胶卷形式。至少正极和负极11及12中的一个在其前端提供刚性增强构件，使得该相关电极的前端可围绕核心14完好地卷绕而不发生皱褶。

在本实施例中，该刚性增强构件分别在正、负极11和12上形成。刚性增强构件由分别附着在正、负极11和12的前端的膜15形成。

图3A说明膜15在正极11上形成的情况，图3B说明膜15在负极12上形成的情况。

在本实施例中，膜15为聚酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚、氯乙烯或合成纤维，并被附着在正、负极11和12的前端。

图4A到4D说明当膜15被附着在正、负极11和12的前端的状态。

图4A到4D中所示的膜15、15a、15b和15c提供在正、负极11和12的单侧表面上，并被附着在正、负极11和12的前端。

图4A到4C中所示的膜15、15a和15b被放置在正、负极11和12的单侧表面上的活性物质区域11c和12c处。

可以设置膜15与活性物质层相接触，如图4A所示；或者膜15a可与没有活性物质层的集流体11b和12b接触，如图4B所示。或者，如图4C所示，膜15b也可以与没有活性物质层的集流体相接触，同时部分延伸到活性物质层上。

同时，膜15c可在正、负极11和12没有活性物质层的另一面的表面上。即，如图4D所示，膜15c可在正、负极11和12没有活性物质层的集流体11b和12b的表面上。

粘合剂16用于把膜15、15a、15b和15c附着到正、负极11和12的前端。该粘合剂优选不与正、负极11和12上的活性物质以及壳体20中充满的电解液发生反应。在本实施例中，使用丙烯基材料作为粘合剂16。

膜15、15a、15b和15c具有2～15cm的宽度。当膜的宽度小于2cm时，相比于正、负极11和12的整个面积来说，其面积过小，在卷绕正、负极11和12的过程中不能起到增强正、负极11和12刚性的作用。相反，当膜的宽度大于15cm时，相比于正、负极11和12的整个面积来说，其面积过大，从而使建立在正、负极11和12上的活性物质区域11c和12c减少，使电极组件10以及该二次电池的容量降低。

当在正、负极11和12上提供膜15、15a、15b和15c作为刚性增强构件时，随着正、负极11和12围绕核心14卷绕，正、负极11及12刚性增强的前端不会被弄皱，从而得到高质量的电极组件10。

图5A到5C说明根据本发明第二实施例的二次电池。

在该实施例中，用类似于第一实施例中涉及的那些膜的膜18、18a和18b形成刚性增强构件，且膜18、18a和18b在集流体11b和12b的两侧表面形成，这样它们就围绕着正、负极11和12的集流体11b和12b的前端。

将膜18、18a和18b附着在正、负极11和12上的方法和结构与第一实施例相似，这里就不再详细说明了。

图6A到6C说明根据本发明第三实施例的二次电池。通过使正、负极11和12的集流体11b和12b重叠来形成刚性增强构件。

具体地，通过弯曲集流体11b和12b的前端110b和120b形成的结构来形成刚性增强构件。

弯曲前端110b和120b的量没有限制，但是被弯曲部分的宽度保持为2～15cm。

图6A说明的是将前端110b和120b弯到活性物质层之上的情况，图6B说明的是将前端110b和120b弯到没有活性物质层的集流体11b和12b之上的情况。图6C说明的情况是将前端110b和120b弯到没有活性物质层的集流体11b和12b之上，再在前端110b和120b上形成活性物质层。

在本实施例中，集流体11b和12b的前端被弯曲，这样正、负极11和12就被部分重叠。以这种方法，正、负极11和12的刚性得到增强。

图7A和7B说明根据本发明第四实施例的二次电池。

在本实施例中，刚性增强构件是这样构成的：集流体60a和62a或活性物质层60b和62b对应于正、负极60和62前端的部分具有与集流体60a和62a或活性物质层60b和62b对应于正、负极60和62其他部分的部分不同的厚度。

也就是说，如图7A所示，正、负极60和62的刚性增强构件被构造成：集流体60a和62a对应于正、负极60和62前端部分的厚度t1大于集流体60a和62a对应于正、负极60和62其他部分的厚度t2。

t1与t2的比率设定为1.8:1，并且被涂在集流体60a和62a上的活性物质层60b和62b在集流体60a和62a整个区域上具有均匀的厚度t3。

相反，在图7B所示的正、负极60和62中，集流体60a和62a在其整个区域中具有均匀的厚度t4，而被涂在集流体60a和62a上的活性物质层60b和62b的厚度部分地发生变化。

也就是说，刚性增强构件被构造成：活性物质层60b和62b对应于正、负极60和62前端部分的厚度t5设定为大于活性物质层60b和62b对应于正、负极60和62其他部分的部分的厚度t6。

t5与t6的比率保持为1.8:1，并且该厚度的比率也可以说成是活性物质层60b和62b对应于正、负极60和62前端部分的单位面积涂层与活性物质层60b和62b对应于正、负极60和62其他部分的部分的单位面积涂层的比率。

在本实施例中，对于正、负极60和62，对应于它的前端部分的集流体或活性物质层部分的厚度设定为大于对应于它的其他部分的集流体或活性物质层部分的厚度。使用这种结构，当正、负极60和62被卷绕时，其卷绕将不产生皱褶而完好进行，从而形成高质量的电极组件。

以上说明在正、负极上均形成刚性增强构件，然而本发明的结构并不仅限于此。即，可只在正、负极中的一个上形成刚性增强构件。

如上所述，由于在电极前端形成刚性增强构件，可防止该电极的前端在电极围绕核心卷绕过程中发生扭曲。

因此，可以形成高质量的电极组件，并且加强二次电池的产品可靠性。

根据本发明的二次电池可有效地被用在混合电动车(HEV)、电动车(HV)、无线吸尘器、电动自行车、电动小型摩托车等中用作驱动电机的电源。

虽然对本发明的示例性实施例进行了显示和描述，然而本领域的技术人员应理解，在不背离本发明的原理和精神的情况下可对这些实施例进行改变，本发明的范围在权利要求及其等价替换中进行限定。

Claims (32)

1、一种二次电池，包括：

具有正极、负极和置于该正极和负极之间的隔板的电极组件；和

在其中装入该电极组件的壳体；

其中至少正、负极中的一个具有覆盖了刚性增强构件的前端，该刚性增强构件用于防止该前端在卷绕过程中发生扭曲。

2、如权利要求1所述的二次电池，其中该电极组件形成为胶卷形状。

3、如权利要求1所述的二次电池，其中所述电极包括集流体和在该集流体上形成的活性物质层，该集流体包括带有活性物质的活性物质区域和没有活性物质的非活性物质区域。

4、如权利要求3所述的二次电池，其中该非活性物质区域沿着该集流体的长度在集流体的单侧外围形成。

5、如权利要求3所述的二次电池，其中该刚性增强构件在该活性物质层上形成。

6、如权利要求3所述的二次电池，其中该刚性增强构件在没有活性物质的集流体上形成。

7、如权利要求6所述的二次电池，其中该刚性增强构件延伸到该活性物质层上。

8、如权利要求3所述的二次电池，其中该活性物质层被放置在该集流体的单侧表面上，并且该刚性增强构件在集流体的没有活性物质层的另一侧表面上形成。

9、如权利要求3所述的二次电池，其中该刚性增强构件是分别在该电极形成的、并附着到该电极上的膜。

10、如权利要求9所述的二次电池，其中该膜仅被放置在集流体的单侧表面上。

11、如权利要求9所述的二次电池，其中该膜被放置在集流体的双侧表面上，同时围绕着集流体的前端。

12、如权利要求9所述的二次电池，其中该膜选自由聚酯、聚酰亚胺、聚苯硫醚、玻璃纤维、氯乙烯和合成纤维组成的组。

13、如权利要求9所述的二次电池，其中被放置在集流体表面上的膜的宽度为2～15cm。

14、如权利要求9所述的二次电池，其中该膜通过粘合剂附着在电极上。

15、如权利要求3所述的二次电池，其中该刚性增强构件通过使集流体重叠而形成。

16 如权利要求3所述的二次电池，其中该刚性增强构件通过使集流体对应于电极前端部分的厚度大于电极其他部分的厚度而形成。

17、如权利要求3所述的二次电池，其中该刚性增强构件通过使在集流体对应于电极前端的部分上形成的活性物质层的厚度大于在集流体其他部分上形成的活性物质层的厚度而构造形成。

18、如权利要求1所述的二次电池具有圆柱形状。

19、如权利要求1所述的二次电池是驱动电机类型的电池。

20、一种二次电池，包括：

具有正极、负极和置于正负极之间的隔板的电极组件；和

在其中装入该电极组件的壳体；

其中正极和负极中的至少一个自身具有厚度大于该电极其他部分的厚度的前端。

21、如权利要求20所述的二次电池，其中该电极组件形成胶卷形状。

22、如权利要求20所述的二次电池，其中所述电极包括集流体和在集流体上形成的活性物质层，该集流体包括带有活性物质的活性物质区域和没有活性物质的非活性物质区域。

23、如权利要求22所述的二次电池，其中该非活性物质区域沿着集流体的长度在集流体的单侧外围形成。

24、如权利要求22所述的二次电池，其中集流体对应于电极前端部分的厚度大于电极其他部分的厚度。

25、如权利要求24所述的二次电池，其中集流体对应于电极前端部分的厚度与集流体对应于电极其他部分的部分的厚度的比率为1.8∶1。

26、如权利要求24所述的二次电池，其中该活性物质层在整个集流体区域中具有均匀的厚度。

27、如权利要求22所述的二次电池，其中在集流体对应于电极前端的部分上形成的活性物质层的厚度大于在该集流体其他部分上形成的活性物质层的厚度。

28、如权利要求27所述的二次电池，其中对应于该电极前端的活性物质层的厚度与对应于该电极其他部分的活性物质层的厚度的比率为1.8∶1。

29、如权利要求27所述的二次电池，其中对应于该电极前端的活性物质层的单位面积涂层与对应于电极其他部分的活性物质层的单位面积涂层的比率为1.8:1。

30、如权利要求27所述的二次电池，其中该集流体在其整个集流体区域上具有均匀的厚度。

31、如权利要求20所述的二次电池为圆柱形状。

32、如权利要求20所述的二次电池是驱动电机类型的电池。

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