CN102097611B

CN102097611B - 二次电池

Info

Publication number: CN102097611B
Application number: CN201010590033.8A
Authority: CN
Inventors: 赵慈卿; 金大奎; 安昶范
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2030-12-15
Also published as: EP2341567A1; US8999559B2; JP5363404B2; CN102097611A; KR101100990B1; JP2011129497A; US20110143190A1; KR20110067915A

Abstract

本发明公开一种二次电池。该二次电池包括粘合剂，该粘合剂配置来附着到电极板上，从而增强电池抗分离的能力，减少碎屑的产生，并保护电池免受碎屑影响。

Description

二次电池

技术领域

本技术领域涉及二次电池，更具体地涉及能够防止活性材料分离并增加电极板和隔板之间的粘着力的二次电池。

背景技术

随着便携电子装置的小型化和轻量化快速发展，已经进行了很多研究来开发用作便携电子装置的电源的二次电池。这样的二次电池例如可以是镍-镉电池、镍-氢电池、镍-锌电池、锂二次电池等。

锂二次电池是可充电的、紧凑的，并且具有高容量，于是因为其高工作电压和高的每单位重量能量密度而被广泛应用于高科技电子装置。

这样的锂二次电池通过将电极组件与电解质一起插入到壳体中，然后密封该壳体的顶部来制造。电极组件包括正电极板和负电极板、以及介于它们之间的隔板(separator)，在所述正电极板和负电极板上涂敷有活性材料(active material)。

但是，在锂二次电池中，锂二次电池的制造过程中产生气体的反应容易造成膨胀现象，尤其是，该反应可能发生在电解质注入或者充电/放电过程中。作为膨胀的结果，电极组件的对准被扭曲，可能发生短路缺陷，或者可能产生非放电区域。

此外，在锂二次电池的制造中，在开槽或者切割正电极板和负电极板的过程中、在装电极接头的过程中等等，容易产生活性材料的碎屑(dust)。因此，会发生短路缺陷。

发明内容

当前的实施方式解决了这些问题，并且还具有额外的有利特征。

本发明的一个方面是二次电池。该二次电池包括电极组件，该电极组件具有第一电极板、第二电极板和介于第一电极板和第二电极板之间的隔板，所述第一电极板具有第一电极接头(tab)，所述第二电极板具有第二电极接头，该第二电极接头形成为不与第一电极接头重叠。该二次电池还包括电解质、用于封闭电极组件和电解质的壳体、以及附着在第一和第二电极板以及隔板上的粘合剂。

本发明的另一个方面是二次电池。该二次电池包括壳体和在壳体内的电极组件，其中，所述电极组件包括具有第一电极接头的第一电极板、具有第二电极接头的第二电极板、以及介于第一电极板和第二电极板之间的隔板。该二次电池还包括附着在第一和第二电极板以及隔板上的粘合剂，以及接触第一电极板、第二电极板、隔板和粘合剂的电解质，其中，所述粘合剂包括以下材料，该材料被配置成在暴露于电解质时变得具有粘合性。

根据本发明的一方面，提供一种二次电池，其包括：电极组件，该电极组件包括第一电极板和第二电极板、以及置于所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔板；电解质；用于包封所述电极组件和所述电解质的壳体；以及附着在所述第一电极板和所述第二电极板以及所述隔板上的粘合剂。此二次电池中，所述粘合剂可以由被所述电解质改变从而变成具有粘合性的材料制成。此二次电池中，所述粘合剂可以包括取向聚苯乙烯(OPS)粘合剂膜。

根据本发明的一方面，提供一种二次电池，其包括：壳体；所述壳体中的电极组件，所述电极组件包括具有第一电极接头的第一电极板、具有第二电极接头的第二电极板、以及置于所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔板；附着在所述第一电极板和所述第二电极板以及所述隔板上的粘合剂；以及接触所述第一电极板、所述第二电极板、所述隔板和所述粘合剂的电解质，其中所述粘合剂包括配置来在暴露于所述电解质时变成具有粘合性的材料。此二次电池中，所述粘合剂可以包含取向聚苯乙烯(OPS)粘合剂膜。

附图说明

附图与说明书一起说明了示例性实施方式，并且与详细描述一起用于解释本发明的各个方面。

图1是根据一实施方式的二次电池的分解透视图；

图2是示出图1的组装后的二次电池的实施方式的横截面图；

图3是示出根据一实施方式的电极组件的透视图；

图4A和4B是主要部分的透视图，示出图3的粘合剂附着到主要部分上的示例；

图5是根据另一实施方式的二次电池的分解透视图；

图6A到6C是电极板的平面图，示出根据一实施方式的电极组件；以及

图7A和图7B是主要部分的横截面图，示出图6A到图6C的粘合剂附着到主要部分上的示例。

具体实施方式

在下面的详细描述中，仅通过举例说明的方式，图示和描述特定的示例性实施方式。如本领域技术人员将认识到的那样，所描述的实施方式可以以各种方式改进，而不背离本发明的精神或范围。于是，附图和详细描述被认为本质上是举例性的，而非限制性的。另外，当一个元件被称为在另一个元件上时，它可以直接在该另一个元件上，或者可以间接位于该另一个元件上且一个或多个居间元件设置于它们之间。而且，当一个元件被称为连接到另一元件上时，它可以直接连接到该另一元件上，或者可以间接连接到该另一元件上且一个或多个居间元件设置在它们之间。下面，相同的附图标记通常指代相同的元件。

图1是根据一实施方式的二次电池的分解透视图。图2是示出图1的组装后的二次电池的实施方式的截面图。在此实施方式中，作为示例，将描述具有缠绕电极组件的二次电池。所描述的原理也可以应用于具有其它结构的二次电池。

参照图1和图2，此实施方式的二次电池包括电极组件12和用于包封电解质以及电极组件12的壳体。壳体具有罐10、盖组件20、以及位于罐10和盖组件20之间的绝缘壳70。

电极组件12包括第一电极板13、第二电极板15、以及置于第一电极板13和第二电极板15之间的隔板14。第一电极板13、第二电极板15和隔板14被缠绕成果冻卷(jelly roll)。在此，第一电极板13可以是正电极板和负电极板中的任何一个，第二电极板15可以是正电极板和负电极板中的另一个。例如，如果第一电极板13是正电极板，则第二电极板15可以为负电极板。

第一电极板13和第二电极板15通过以浆料干式涂敷(dry-coating)铝金属箔和铜金属箔来制造。浆料包括用于第一电极板13和第二电极板15的活性材料、以及用于将相应的活性材料附着到金属箔上的固定剂。在锂二次电池的情况下，包含锂的氧化物可以用作正电极活性材料，而硬碳、软碳、石墨和碳材料中的任何一种可以用作负电极活性材料。但是，本发明不限于锂二次电池。

第一电极板13和第二电极板15分别设置有从电极组件12向上突出的第一电极接头16和第二电极接头17。第一和第二电极接头16和17彼此间隔开，从而彼此电隔离。第一和第二电极接头16和17每个的靠近电极组件的部分以叠层带(lamination tape)缠绕。叠层带18用于阻挡由第一电极接头16或第二电极接头17产生的热，并且用于防止电极组件12被第一电极接头16或第二电极接头17的边缘压缩。

第一和第二电极接头16和17分别电连接到电极组件12的第一和第二电极板13和15上。第一和第二电极接头16和17在罐10开口的方向上延伸。第一和第二电极接头16和17通过分别穿过绝缘壳70的限制通孔72分别电连接到罐10和端子板60，所述绝缘壳70固定到罐10中的电极组件12的顶部上。

罐10通过其开口侧容纳电极组件12。罐10的水平截面形成为具有圆角的大致矩形形状，并且包括一对短边部分10a和一对长边部分10b。

罐10的形状不局限于此。例如，显然罐10的水平截面可以形成为矩形形状、椭圆形状或类似形状。即，虽然在此实施方式中已经示出了大致矩形棱柱二次电池，但是本发明不局限于此。例如，二次电池可以为大致圆柱形。在这种情况下，电极组件12可以缠绕成圆柱形。

罐10可以由轻且柔性的金属材料形成，例如铝或铝合金。罐10可以容易地用深冲压法制造。

在罐10的顶部形成台阶部分，后面将要描述的盖组件20安装在该台阶部分上。

盖组件20包括盖板40、电极端子30、绝缘板50、端子板60和垫圈35。当盖组件20连接到罐10上时，盖板40允许罐10的开口面被紧密密封，由此形成罐10的一个表面。为此目的，可以用诸如焊接的方法将盖板40结合至罐的开口面。

下面将详细描述盖组件20的构件。

盖板40电连接到第一和第二电极接头16和17中的任何一个上，第一和第二电极接头16和17分别穿过绝缘壳70的限制通孔72。用于将垫圈35结合到盖板40的第一端子孔41和用于注入电解质的电解质注入孔42形成在盖板40中。电解质注入孔42形成在盖板40中，并且用作将电解质注入罐10中的通道。在电解质被注入到罐10中之后，电解质注入孔42用塞子43紧密密封。

垫圈35用于确保电极端子30和盖板40之间的绝缘。电极端子30穿过其延伸的第一端子孔41形成在盖板40中，且电极端子30连接到第一端子孔41内的垫圈35上。

绝缘板50置于盖板40和端子板60之间，从而它们彼此电隔离。第二端子孔51形成在绝缘板50处，从而电极端子30能穿过绝缘板50。

端子板60通过第三端子孔61电连接到电极端子30。端子板60电连接到第一和第二电极接头16和17中没有连接到盖板40上的一个上。即，如果盖板40电连接到第一电极接头16，则端子板60连接到第二电极接头17。结果，端子板60电连接到电极端子30和第二电极接头17。

绝缘壳70位于电极组件12和盖组件20之间，以便它们彼此电隔离。更具体地，绝缘壳70位于罐10的顶部部分上。例如，绝缘壳70的水平截面被形成为与罐10的水平截面形状一致的倒圆的矩形形状，使得绝缘壳70能安装到罐10内。一旦安装到位，罐10的短边部分10a和长边部分10b与盖板40的边缘44上的短边部分40a和长边部分40b对齐。另外，盖板40的凸脊45与罐10的台阶部分11相啮合。

绝缘壳70通常用具有优异电绝缘性能的轻塑料树脂(light plastic resin)制造。因此，当绝缘壳70插入罐10内时，绝缘壳70的变形小，并且容易确保电极组件12和盖组件20之间的绝缘。然而，当轻塑料树脂用于绝缘壳70时，由于它的低弹性，难于将绝缘壳70结合到罐10上。因此，为了解决这样的问题，绝缘壳70包括基底部分74和支撑部分73。结果，绝缘壳70能够稳定地结合到罐10上。电解质注入孔(未示出)和限制通孔72形成在基底部分74上。

虽然图1和图2未示出，但是被电解质改变从而具有粘合性能的粘合剂附着到第一和第二电极板13和15中的每一个上。粘合剂增强第一和第二电极板与隔板之间的粘着力。以下将参照图3、4A和4B示出粘合剂的详细描述。

图3是示出根据一实施方式的电极组件的透视图。图4A和4B是主要部分的透视图，示出粘合剂附着到主要部分的示例。在图3、4A和4B中，作为例子，描述图1的缠绕电极组件。

参照图3，此实施方式的电极组件12具有通过缠绕第一电极板13、第二电极板15和置于第一电极板13与第二电极板15之间的隔板而形成的结构。另外，粘合剂80附着到第一和第二电极板13和15中的每一个上。

粘合剂80由以下材料制成，该材料在暴露于电解质时变得具有粘合性。

例如，在电解质的注入过程中，在与电解质接触的表面产生化学变化，从而粘合剂80变得具有粘合性。该粘合剂可以包括含有孔的取向聚苯乙烯(oriented polystyrene)(OPS)粘合剂膜。在此，聚合物材料包括孔。

OPS粘合剂膜的表面被电解质化学地改变，从而变得具有粘合性，该电解质包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)和/或碳酸丙烯酯(PC)。由于OPS粘合剂膜具有化学和电安全性，所以它能用于电池。

在制造过程中，具有附着在第一和第二电极板13和15上的粘合剂80的电极组件12被插入壳体内。然后，当电解质注入到壳体中时，粘合剂80被电解质化学地改变从而变得具有粘合性。结果，粘合剂80允许第一和第二电极板13和15紧密地粘附在隔板14上，由此增强了第一和第二电极板13和15与隔板14之间的粘着力。

粘合剂80可以附着在第一和第二电极板13和15中的每一个的至少一部分上。例如，粘合剂80可以沿第一和第二电极板13和15的边缘附着。粘合剂80可以附着在第一和第二电极板13和15每一个的两个表面上，使得粘着力能均匀和稳定地增强。即，粘合剂80可以处于隔板14的相对两侧上的第一和第二电极板13和15上。

例如，如图3所示，粘合剂80可以沿第一和第二电极板13和15中的每一个的上和下边缘附着到表面上。第一和第二电极板13和15中的每一个的上和下边缘是如上所述在诸如开槽或切割的过程中容易产生碎屑的区域。例如，在没有粘合剂的情况下，当第一和第二电极接头16和17分别连接到第一和第二电极板13和15上时，碎屑会容易地在第一和第二电极板13和15中的每一个的上和下边缘处产生。然而，当粘合剂80附着在第一和第二电极板13和15中的每一个的上和下边缘上时，碎屑的产生显著减少，由此有效防止了短路缺陷。

如图4A所示，粘合剂80a可以附着到第一和第二电极板13和15中的每一个的两个表面上。可替代地，如图4B所示，粘合剂80b可以附着在第一和第二电极板13和15中的每一个的两个表面上并且额外设置在第一和第二电极板13和15的边缘上。于是，在一些实施方式中，粘合剂80b围绕第一和第二电极板13和15的边缘。

粘合剂80可以在第一或第二电极板13或15的开槽或切割过程之前和/或之后附着。如果粘合剂80在开槽或切割过程之前附着，则它可以附着到第一或第二电极板13或15的两个表面上，如图4A所示。如果粘合剂80在开槽或切割过程之后附着，则它可以附着成围绕第一或第二电极板13或15的两个表面上的边缘，如图4B所示。而且，如果粘合剂80在开槽或切割过程之后附着，则它可以附着到第一或第二电极板13或15的两个表面上，而不附着到边缘上。

如上所述，根据此实施方式，被电解质改变从而变得具有粘合性的粘合剂80附着在第一和第二电极板13和15上。在电解质注入之后，粘合剂80附着到第一和第二电极板13和15以及隔板14上，由此增强了第一和第二电极板13和15与隔板14之间的粘着力。于是，能稳定地保持电极组件12的构件的对齐和相对定位。

尤其是，当粘合剂80至少沿第一和第二电极板13和15的上和下边缘附着时，由于粘合剂80防止了活性材料的分离，所以防止了活性材料的碎屑和装电极接头的过程中产生的碎屑造成短路。

为了说明方便，只有一片隔板14置于图3的第一和第二电极板13和15之间。然而，在电极组件12的外部，例如靠近第一电极板13的外部，可以进一步设置另一个隔板(未示出)。在这种情况下，电极组件12可以通过缠绕第二电极板15、隔板14、第一电极板13和所述另一个隔板使得它们顺序堆叠来形成。最后的带(finishing tape)(未示出)可以进一步附着到缠绕电极组件12上。

图5是根据另一实施方式的二次电池的分解透视图。图5实施方式的与图1实施方式的构件相对应的构件可以具有类似或相同的附图标记。图6A到6C是电极板的平面图，示出根据一实施方式的电极组件。图7A和7B是主要部分的横截面图，示出图6A到6C的粘合剂附着到主要部分上的示例。在此实施方式中，作为例子，将描述使用叠置电极组件的二次电池。

参照图5，此实施方式的二次电池包括电极组件112和壳体110，该壳体110用于容纳电解质与电极组件112。壳体110被实施为袋型壳(pouchcase)。

电极组件112具有多个结构，该结构通过堆叠第一和第二电极板113和115、以及设置在第一电极板113和第二电极板115之间的隔板114来形成，第一和第二电极板113和115上涂敷有活性材料。第一电极接头116形成在第一电极板113的一侧，第二电极接头117形成在第二电极板115的一侧。第一和第二电极接头116和117形成来重叠相同的接头，而不重叠不同的接头，如图5所示。第一和第二电极接头116和117可以通过分别从第一和第二电极板113和115伸出而一体地形成，或者可以单独形成以分别连接到第一和第二电极板113和115上。

根据二次电池的类型，第一和第二电极板113和115可以彼此不同。但是，第一和第二电极板113和115可以通过用活性材料涂敷和填充金属材料，然后干燥、滚压和切割金属材料来形成。

隔板114置于第一和第二电极板113和115之间。具有高离子透过率和机械强度的绝缘薄膜用作隔板114。隔板114中的孔的直径可以从约0.01微米到约10微米，且隔板114中孔的厚度大致从约5微米到约300微米。隔板114可以包括具有耐化学性和疏水性的烯烃基聚合物，如聚丙烯。隔板114可以包括玻璃纤维或聚乙烯制成的片或毡等。在一些实施方式中，如果使用包含聚合物的固体电解质，则它可以替代隔板114。

壳体110被形成为具有用于安装电极组件112的空间的袋型壳。壳体110通常形成为在铝薄膜的上表面和下表面具有层叠结构，壳体110的内表面包括热粘合树脂(heat adhesive resin)。

在此实施方式中，虽然图5中未示出，但被电解质改变从而变得具有粘合性的粘合剂附着在第一和第二电极板113和115上。在引入电解质的过程中，粘合剂粘附到第一和第二电极板113和115以及隔板114上，由此增强第一和第二电极板113和115与隔板114之间的粘着力。

更具体地，如图6A至6C所示，粘合剂180可以在横向上沿第一和第二电极板113和115的上和下边缘附着，或者粘合剂180’可以在纵向上沿第一和第二电极板113和115的两个侧边缘附着。可替代地，粘合剂180”可以沿第一和第二电极板113和115的周长附着到四条边上。

在此实施方式中，粘合剂180、180’和180”可以在第一或第二电极板113或115的开槽或切割工序之前和/或之后附着到第一或第二电极板113或115的两个表面上。粘合剂180a可以附着到第一和第二电极板113和115中的每一个的两个表面上，如图7A所示；或者粘合剂180b可以附着成围绕第一和第二电极板113和115中的每一个的边缘并接触第一和第二电极板113和115中的每一个的两个表面，如图7B所示。图7A和7B是示出沿图6A的线I-I’截取的纵剖面的横截面图，并示出图6A至6C所示的粘合剂的附着示例。

如上所述，在此实施方式中，第一和第二电极板113和115与隔板114之间的粘着力能通过使用粘合剂180、180’或180”来增强，所述粘合剂180、180’或180”被电解质改变从而变成具有粘合性。于是，能稳定地保持电极组件112的构件的对齐和相对位置。膨胀现象和不放电区域的产生能被防止。

具体地，当粘合剂180、180’或180”沿第一和第二电极板113和115的边缘附着时，由于粘合剂防止了活性材料的分离，所以防止了活性材料的碎屑和装电极接头的过程中产生的碎屑造成短路。虽然已经结合特定示例性实施方式描述了本发明的各个方面，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反本发明意图在于覆盖各种改进和等同布置。

本申请要求2009年12月15日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2009-0124700号的优先权和利益，该申请的全部内容通过引用结合于此。

Claims

1.一种二次电池，包括：

电极组件，该电极组件包括：

第一电极板和第二电极板；和

置于所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔板；

电解质；

用于包封所述电极组件和所述电解质的壳体；以及

附着在所述第一电极板和所述第二电极板上的粘合剂，

其中，所述粘合剂在所述电解质被注入到所述壳体内之后，将所述第一电极板和所述第二电极板粘附在所述隔板上，

其中，所述粘合剂在所述第一电极板和所述第二电极板中的每一个的边缘附近沿相对的表面附着，

其中，所述粘合剂由被所述电解质改变从而变成具有粘合性的材料制成，以及

其中，所述粘合剂在所述第一电极板和所述第二电极板中的至少一个的表面上沿相对的边附着。

2.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述粘合剂包括取向聚苯乙烯(OPS)粘合剂膜。

3.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述粘合剂在横向上沿所述第一电极板和所述第二电极板中的每一个的上边缘和下边缘附着。

4.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述粘合剂在纵向上沿所述第一电极板和所述第二电极板中的每一个的两条侧边缘附着。

5.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述粘合剂被附着成围绕至少一个边缘。

6.如权利要求1所述的二次电池，其中，所述第一电极板、所述第二电极板和所述隔板被层叠。

7.如权利要求6所述的二次电池，其中，所述粘合剂在纵向上沿所述第一电极板和所述第二电极板中的至少一个的两个侧边缘附着。

8.如权利要求6所述的二次电池，其中，所述粘合剂在横向上沿所述第一电极板和所述第二电极板中的至少一个的上边缘和下边缘附着。

9.如权利要求6所述的二次电池，其中，所述粘合剂沿所述第一电极板和所述第二电极板中的至少一个的边缘附着。

10.如权利要求8所述的二次电池，其中，所述粘合剂附着成围绕所述第一电极板和所述第二电极板中的至少一个的边缘。

11.一种二次电池，包括：

壳体；

所述壳体中的电极组件，所述电极组件包括：

具有第一电极接头的第一电极板；

具有第二电极接头的第二电极板；和

置于所述第一电极板和所述第二电极板之间的隔板；

附着在所述第一电极板和所述第二电极板上的粘合剂；以及

接触所述第一电极板、所述第二电极板、所述隔板和所述粘合剂的电解质，

其中所述粘合剂包括配置来在暴露于所述电解质时变成具有粘合性的材料，

12.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述粘合剂包含取向聚苯乙烯(OPS)粘合剂膜。

13.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述粘合剂在横向上沿所述第一电极板和所述第二电极板中的每一个的上边缘和下边缘附着。

14.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述粘合剂附着成围绕至少一个边缘。

15.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述粘合剂在所述第一电极板和所述第二电极板中的每一个的两个表面上沿相对的边附着。

16.如权利要求11所述的二次电池，其中，所述第一电极板、所述第二电极板和所述隔板被层叠。