CN102130320B - 电极组件和包括该电极组件的二次电池 - Google Patents

电极组件和包括该电极组件的二次电池 Download PDF

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李钟和
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李尚宪
金益圭
姜草姬
金荣淌
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Abstract

本发明公开了一种电极组件和包括该电极组件的二次电池。电极组件包括第一电极、第二电极和设置在第一电极和第二电极之间的分隔件。膜设置在第一电极和第二电极中的至少一个电极的至少一个边缘上。

Description

电极组件和包括该电极组件的二次电池

[0001] 本申请要求于2010年I月15日提交的第61/295,543号美国临时申请和2010年11月22日提交的第12/952,086号美国申请的优先权和权益,这些申请的全部内容通过引用包含于此。

技术领域

[0002] 本技术涉及一种电极组件和包括该电极组件的二次电池。

背景技术

[0003] 随着电子、通信和计算机工业的快速发展,已经增多了便携式电子装置的使用。可充电二次电池被广泛地用作便携式电子装置的电源。

[0004] 二次电池通常包括正极、负极以及设置在正极和负极之间作为绝缘体的分隔件。

[0005] 正极和负极通常彼此绝缘。另外,正极和负极通常与二次电池的其它部件绝缘,以防止不必要的电接触。

[0006] 然而,由于正极或负极在二次电池被充放电时膨胀和收缩,所以正极或负极可能导致短路。

发明内容

[0007] 实施例涉及一种电极组件以及包括该电极组件的二次电池,其中,在电极组件中避免了由于正极或负极在充放电过程中膨胀和收缩而导致的短路。

[0008] 本发明的实施例包括电极组件和包括该电极组件的二次电池。所述电极组件包括第一电极、第二电极以及设置在第一电极和第二电极之间的分隔件,其中,在第一电极和第二电极中的至少一个电极的至少一个边缘上设置膜。

[0009] 所述第一电极和第二电极中的至少一个电极可以是负极。

[0010] 所述第一电极和第二电极中的至少一个电极可在至少一侧上包括涂覆部分,并且涂覆部分可包含硅或含硅化合物。

[0011] 膜可包含绝缘材料。

[0012] 膜可包括基层和粘合层,其中,基层通过粘合层粘合到至少一个电极。

[0013] 膜可设置在第一电极和第二电极中的至少一个电极的一个边缘上,并且电极接线片可从第一电极和第二电极中的另一电极的平行边缘延伸。

[0014] 根据本发明的实施例,可实现各种效果。例如,根据本发明实施例的电极组件和包括该电极组件的二次电池,虽然电极组件在充放电过程中膨胀和收缩,但是能够防止正极或负极与电极组件的其它部件之间的短路。

附图说明

[0015] 图1是示出根据实施例的二次电池的透视图。

[0016] 图2是示出根据实施例的二次电池的分解透视图。

[0017] 图3是示出根据实施例的二次电池的电极组件的分解视图。

[0018] 图4是示出根据实施例的二次电池的电极组件在电极组件被卷绕之前的状态的示图。

[0019] 图5是图3的部分A的放大视图。

[0020] 图6A和图6B是沿图3的线B_B’截取的剖视图。

[0021] 图7A和图7B是示出根据实施例的二次电池的电极组件的第二电极的示图。

[0022] 图8是示出根据另一实施例的二次电池的透视图。

[0023] 图9是示出根据实施例的二次电池的分解透视图。

[0024] 图10是示出根据实施例的二次电池的电极组件的分解视图。

[0025] 图11是示出根据实施例的二次电池的电极组件在电极组件被卷绕之前的状态的示图。

具体实施方式

[0026] 现在将在下文中参照附图更充分地描述示例实施例。

[0027] 图1是示出根据实施例的二次电池的透视图;图2是示出根据实施例的二次电池的分解透视图;图3是示出根据实施例的二次电池的电极组件的分解视图;图4是示出根据实施例的二次电池的电极组件在电极组件被卷绕之前的状态的示图;图5是图3中的部分A的放大视图;图6A和图6B是沿图3中的线B-B’截取的剖视图;图7A和图7B是示出根据实施例的二次电池的电极组件的第二电极的示图。

[0028] 参照图1至图7B,示出的实施例的二次电池1000包括电极组件100、壳体200和盖组件300。

[0029] 电极组件100可包括第一电极110、第二电极120、分隔件130、第一电极接线片140、第二电极接线片150和短路防止膜160。

[0030] 电极组件100可以是通过卷绕第一电极110、第二电极120以及设置在第一电极110和第二电极120之间作为绝缘体的分隔件130而形成的卷绕式电极组件。

[0031] 在电极组件100中,第一电极接线片140可电连接到第一电极110并通过电极组件100的顶部侧向外延伸,第二电极接线片150可电连接到第二电极120并通过电极组件100的底部侧向外延伸。这里,为了示出的目的,将电极组件100的面向盖组件300的一侧定义为电极组件100的顶部侧,并将电极组件100的与顶部侧相对的一侧定义为电极组件100的底部侧。

[0032] 第一电极110可以是正极,第二电极120可以是负极。另一方面,第一电极110可以是负极,第二电极120可以是正极。在示出的实施例的二次电池1000中,第一电极110是正极,第二电极120是负极。

[0033] 第一电极110可包括:第一集流体112 ;第一涂覆部分114,形成在第一集流体112的一侧或两侧的预定部分上;第一非涂覆部分116,在第一非涂覆部分116中未形成第一涂覆部分114以暴露第一集流体112。

[0034] 第一电极接线片140可附着到第一电极110的第一非涂覆部分116并向上延伸。在示出的实施例中,第一电极接线片140附着到第一非涂覆部分116 ;然而,在其它实施例中,第一电极接线片140可与第一电极110的第一集流体112形成为一片(in one piece)并从第一集流体112的边缘部分延伸。在后一种情况下,可不形成第一非涂覆部分116,并且第一涂覆部分114可形成在第一集流体112的一侧或两侧的整个区域上。

[0035] 第二电极120可包括:第二集流体122 ;第二涂覆部分124,形成在第二集流体122的一侧或两侧的预定区域上;第二非涂覆部分126,在第二非涂覆部分126中未形成第二涂覆部分124以暴露第二集流体122。

[0036] 第二电极接线片150可附着到第二电极120的第二非涂覆部分126并向下延伸。在示出的实施例中,第二电极接线片150可附着到第二非涂覆部分126 ;然而,在其它实施例中,第二电极接线片150可与第二电极120的第二集流体122形成为一片并从第二集流体122的边缘部分延伸。在后一种情况下,可不形成第二非涂覆部分126,并且第二涂覆部分124可形成在第二集流体122的一侧或两侧的整个区域上。

[0037] 第二涂覆部分124可包含负极活性材料,例如硅(Si)或含硅化合物。例如,第二涂覆部分124可包括从由娃、娃的氧化物和娃碳复合物(silicon-carbon complex)组成的组中选择的至少一种。

[0038] 在第一电极110是正极并且第二电极120是负极的情况下,如图4所示,第一电极110可比第二电极120小。具体地说,第一电极110的第一涂覆部分114的面积可小于第二电极120的第二涂覆部分124的面积,并且第一电极110的第一涂覆部分114面向第二涂覆部分124。例如,第一涂覆部分114的整个面积可与第二涂覆部分124叠置。

[0039] 当对电极组件100充电时,第一电极110或第二电极120膨胀。具体地说,如果第二电极120的第二涂覆部分124包含硅或含硅化合物,则第二电极120 (即,第二涂覆部分124)可在电极组件100被充电之后膨胀为原来的1.5倍。因此,第二电极120可能与其它部件(例如,第一电极接线片140或第一电极110)接触而导致短路。

[0040] 为了防止这种情况,在示出的实施例中,可在第二电极120的预定位置处设置短路防止膜160。

[0041] 短路防止膜160可设置在第二电极120的第一边缘122a、第二边缘122b、第三边缘122c和第四边缘122d中的一个边缘处。例如,短路防止膜160可设置在第二电极120的暴露到电极组件的顶部侧的第一边缘122a上。当第二电极120膨胀时,第二电极120的第一边122a可被暴露,因此第一边缘122a会与电极组件的其它部分接触以导致短路。具体地说,由于第一电极110的第一电极接线片140向上延伸,也就是说,第一电极接线片140位于第二电极120的第一边缘122a的膨胀方向,所以在第二电极120的第一边缘122a随着第二电极120膨胀而与第一电极接线片140接触时最容易出现短路。

[0042] 短路防止膜160可设置在第二电极120的一部分上。例如,可以以使短路防止膜160覆盖形成在第二电极120的表面上的第二涂覆部分124的边缘的方式设置短路防止膜160。当描述第二电极120膨胀时,应该理解的是第二涂覆部分124膨胀而不是第二集流体122膨胀。

[0043] 因此,虽然第二涂覆部分124稍微有点膨胀,但是短路防止膜160能够覆盖第二涂覆部分124的边缘以抑制第二涂覆部分124的膨胀并防止第二涂覆部分124与电极组件的其它部分接触。短路防止膜160 —定程度上可与第二涂覆部分124 —起膨胀。

[0044] 为此,短路防止膜160可由柔性绝缘材料形成。此外,短路防止膜160不限于薄膜形状,短路防止膜160可由其它形式的绝缘体形成。

[0045] 短路防止膜160可包括基层和形成在基层的一侧上的粘合层。短路防止膜160可通过将粘合层附着到第二电极120的表面上来附着到第二电极120。基层可由例如聚丙烯(PP)的柔性绝缘的人造树脂或天然树脂形成。

[0046] 可通过例如浸溃法的溶液涂覆方法来形成短路防止膜160。

[0047] 由于短路防止膜160可覆盖第二涂覆部分124,所以如果短路防止膜160包括如图5所示的多个孔162,则能够暴露第二涂覆部分124的更多面积,因此,能够改善二次电池1000的充/放电特性。

[0048] 短路防止膜160可具有适于覆盖第一边缘122a的宽度。例如,短路防止膜160可具有小于第二电极120的宽度W2和第一电极110的宽度W3之间的差的宽度W1。例如,短路防止膜160可具有小于或等于第二电极120的宽度W2和第一电极110的宽度W3之间的差的1/2的宽度W1。例如,如果第一电极110的宽度W3为50mm并且第二电极120的宽度W2为51mm,则短路防止膜160的宽度W1可以是0.5mm或更小。在这种情况下,如图4所示,在通过将第一电极110和第二电极120设置为彼此面对并卷绕相互面对的第一电极110和第二电极120来形成电极组件100之后,第二电极120的第二涂覆部分124的面积可大于第一电极110的第一涂覆部分114的面积。不需要设定短路防止膜160的宽度W1的下限(最小值)。然而,可根据制造条件来确定短路防止膜160的宽度W1的最小值。根据二次电池1000的容量和尺寸,可从几微米(ym)至几百微米(ym)的范围选择短路防止膜160的厚度。

[0049] 如图6A所示,短路防止膜160可覆盖第二电极120的第一边缘122a的两侧,或者如图6B所示,短路防止膜160可覆盖第二电极120的第一边缘122a的两侧和顶部。在一个实施例中,短路防止膜160可设置在第一电极110和第二电极120中的一个电极的一个边缘上,并且电极接线片从第一电极110和第二电极120中的另一电极的与所述一个边缘平行的边缘延伸。

[0050] 如图7A所示,短路防止膜160可设置在第一边缘122a和位于电极组件100的底部侧的第二边缘122b上。当电极组件100膨胀时,设置在第二边缘122b上的短路防止膜160可防止电极组件的部件之间短路,具体地说,防止第一电极110和第二电极120之间短路。

[0051] 如图7B所示,短路防止膜160还可设置在第二电极120的前缘和后缘上,即,在第二电极120的第三边缘122c和第四边缘122d上。可通过首先卷绕前缘,然后卷绕后缘来卷绕第二电极120。

[0052] 如图3和图4所示,可通过按照分隔件130、第一电极110、分隔件130和第二电极120的顺序堆叠两个分隔件130、第一电极110和第二电极120,并相对于卷绕中心轴SL卷绕两个分隔件130、第一电极110和第二电极120来组装电极组件100。

[0053] 中心销170可沿电极组件100的中心线插入到电极组件100中。例如,可通过使用中心销170作为卷绕中心轴SL来卷绕两个分隔件130、第一电极110和第二电极120。

[0054] 电极组件100可设置在壳体200内部。

[0055] 壳体200可具有包括敞开侧的圆柱罐的形状。壳体200可包括用于容纳电极组件100的容纳部分。壳体200可由诸如铝(A1)、铁(Fe)或它们的合金的导电材料形成。

[0056] 当电极组件100插入到壳体200中时,可在电极组件100的顶部侧和底部侧放置顶部绝缘板180和底部绝缘板190。顶部绝缘板180和底部绝缘板190可防止电极组件100与二次电池1000的其它部件之间的不期望的接触,即,顶部绝缘板180和底部绝缘板190可防止短路。顶部绝缘板180可包括穿透孔182,以允许第一电极接线片140穿过,底部绝缘板190可包括穿透孔192,以允许第二电极接线片150穿过。

[0057] 盖组件300可在将电极组件100插入到壳体200中之后覆盖壳体200的敞开侧。

[0058] 盖组件300可包括绝缘垫圈310、安全阀320、电路基底330、正温度系数(PTC)热敏电阻340和上盖350。

[0059] 绝缘垫圈310可用作壳体200和盖组件300的其它部件(例如,安全阀320、电路基底330、PTC热敏电阻340和上盖350)之间的密封构件。

[0060] S卩,绝缘垫圈310可与安全阀320、电路基底330、PTC热敏电阻340和上盖350的侧面接触并可结合到壳体200,以密封壳体200的内部。

[0061] 安全阀320可设置在盖组件300的下边缘部分处,即,面向绝缘板180的位置处。如果二次电池1000的内部压力增大到预定值,则安全阀320能够膨胀。为此,起初可将安全阀320的一部分向下弯曲。

[0062] 电路基底330可设置在安全阀320的顶部侧并可与安全阀320电连接并机械连接。如果安全阀320膨胀,则电路基底330可使电路断路。

[0063] PTC热敏电阻340可设置在电路基底330的顶部侧,并可与电路基底330电连接并机械连接。如果PTC热敏电阻340的温度增大至超过预定值,则PTC热敏电阻340的电阻会急剧增大。

[0064] 上盖350可设置在PTC热敏电阻340的顶部侧,并且上盖350可与PTC热敏电阻340电连接并机械连接。

[0065] 从电极组件100的第一电极110延伸的第一电极接线片140可电连接到安全阀320,从第二电极120延伸的第二电极接线片150可电连接到壳体200。因此,盖组件300的上盖350可用作二次电池1000的具有与第一电极110的极性相同的极性的第一端子,壳体200可用作二次电池1000的具有与第二电极120的极性相同的极性的第二端子。

[0066] 图8是示出根据另一实施例的二次电池的透视图;图9是示出根据实施例的二次电池的分解透视图;图10是示出根据实施例的二次电池的电极组件的分解视图;图11是示出根据实施例的二次电池的电极组件在电极组件被卷绕之前的状态的示图。

[0067] 参照图8至图11,当前实施例的二次电池2000包括电极组件500、壳体600和盖组件700。

[0068] 电极组件500包括第一电极510、第二电极520、分隔件530、第一电极接线片540、第二电极接线片550和短路防止膜560。

[0069] 第一电极510可包括第一集流体512、第一涂覆部分514和第一非涂覆部分516,第二电极520可包括第二集流体522、第二涂覆部分524和第二非涂覆部分526。

[0070] 电极组件500可具有与图1至图7B中示出的电极组件100的结构相似的结构。然而,如图8至图11所示,第一电极接线片540和第二电极接线片550可沿相同的方向(即,向上)延伸,并且可在卷绕电极组件500之后挤压电极组件500的侧部。

[0071] 与图1至图7B中示出的短路防止膜160相似,短路防止膜560可设置在第一边缘522a、第二边缘522b、第三边缘522c和第四边缘522d中的至少一个边缘上,以防止第二电极520膨胀时(具体地说,第二涂覆部分524膨胀时)的短路。

[0072] 绝缘壳570可设置在电极组件500的顶部侧。

[0073] 绝缘壳570可以是设置在电极组件500和盖组件700之间的绝缘体。绝缘壳570可包括穿透孔572,第一电极接线片540和第二电极接线片550可分别插入到穿透孔572中。

[0074] 壳体600可具有包括敞开侧的棱柱罐的形状,并且可在壳体600中形成容纳部分以容纳电极组件500。

[0075] 电极组件500可放置在壳体600的容纳部分中,然后绝缘壳570可放置在壳体600中且位于电极组件500的顶部侧。

[0076] 在将电极组件500和绝缘壳570放置在壳体600中之后,可将盖组件700结合到壳体600的敞开侧以密封该敞开侧。

[0077] 盖组件700可包括端子板710、绝缘板720、盖板730、绝缘垫圈740和电极端子750。

[0078] 端子板710可电连接到从电极组件500的第一电极510延伸的第一电极接线片540。由于端子板710可电连接到第一电极510,所以端子板710可用作当前实施例的二次电池2000的第一电极端子。

[0079] 端子板710可包括第一穿透孔712,以电结合并机械结合到电极端子750。

[0080] 绝缘板720可设置在端子板710的顶部侧,以作为端子板710和盖板730之间的绝缘体。

[0081] 绝缘板720可包括第二穿透孔722,其中,经第二穿透孔722和第一穿透孔712插入电极端子750。

[0082] 盖板730可电连接到电极组件500的第二电极接线片550,盖板730的平面形状可与壳体600的敞开侧的平面形状基本相同,从而可通过盖组件700密封壳体600。S卩,在当前实施例中,盖板730可用作密封二次电池2000的壳体600的密封构件,并且由于盖板730可电连接到第二电极520,所以盖板730还可用作二次电池2000的第二电极端子。

[0083] 盖板730可包括第三穿透孔732和用于注入电解质的电解质注入孔734,其中,经第三穿透孔732插入电极端子750。

[0084] 可利用注入孔盖736来密闭电解质注入孔734。

[0085] 电极端子750可穿过盖板730的第三穿透孔732、绝缘板720的第二穿透孔722和端子板710的第一穿透孔712电连接到端子板710,并且电极端子750可用作将绝缘板720和端子板710结合到盖板730的紧固件。绝缘垫圈740可作为绝缘体设置在电极端子750和盖板730之间。

[0086] 在此已经公开了特定实施例,虽然使用了特定的术语,但是仅以一般的和描述性的意义使用这些术语,而不是出于限制的目的。因此,本领域普通技术人员应该理解,在不脱离权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下,可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (18)

1.一种电极组件,所述电极组件包括: 第一电极,具有第一宽度,其中,第一电极包括第一涂覆部分; 第二电极,具有第二宽度,其中,第二电极包括第二涂覆部分,其中,第一涂覆部分和第二涂覆部分中的至少一个涂覆部分包含硅或含硅化合物; 分隔件,设置在第一电极和第二电极之间; 膜,设置在第一电极和第二电极中的一个电极的至少一个边缘上,其中,所述一个电极具有第一宽度和第二宽度之间的较宽的宽度,并且所述一个电极具有硅或含硅化合物, 其中,所述膜包括能够在电极组件充电时与所述一个电极上的涂覆部分一起膨胀的柔性材料。
2.如权利要求1所述的电极组件,其中,膜被构造为防止由于所述一个电极与电极组件的其它部件接触导致的短路。
3.如权利要求1所述的电极组件,其中,膜包含绝缘材料。
4.如权利要求1所述的电极组件,其中,膜包括粘合层和基层,基层通过粘合层粘合到所述第一电极和所述第二电极中的所述至少一个电极。
5.如权利要求1所述的电极组件,其中,膜覆盖所述一个电极的涂覆部分的一部分。
6.如权利要求5所述的电极组件,其中,膜在膜的覆盖涂覆部分的部分中包括开口以暴露涂覆部分的表面区域。
7.如权利要求1所述的电极组件,其中,膜包括小于第一电极和第二电极的宽度差的览度。
8.如权利要求1所述的电极组件,其中,膜包括小于或等于第一电极和第二电极的宽度差的一半的宽度。
9.如权利要求1所述的电极组件,其中,膜设置在所述一个电极的第一表面上。
10.如权利要求9所述的电极组件,其中,膜还设置在所述一个电极的与第一表面背对的第二表面上。
11.如权利要求10所述的电极组件,其中,膜连续地设置在电极的第一表面和第二表面之间且位于电极的顶表面上。
12.如权利要求1所述的电极组件,其中,膜设置在所述一个电极的上边缘上。
13.如权利要求12所述的电极组件,其中,膜还设置在所述一个电极的下边缘上。
14.如权利要求13所述的电极组件,其中,膜还设置在所述一个电极的连接上边缘和下边缘的至少一个边缘上。
15.如权利要求14所述的电极组件,其中,膜设置在所述一个电极的每个边缘上。
16.如权利要求1所述的电极组件,其中,膜设置在所述一个电极的一个边缘上,并且电极接线片从第一电极和第二电极中的另一电极的平行边缘延伸。
17.—种二次电池,所述二次电池包括权利要求1的电极组件。
18.一种电极组件,所述电极组件包括: 第一电极,具有第一宽度,其中,第一电极包括第一涂覆部分; 第二电极,具有第二宽度,其中,第二电极包括第二涂覆部分,其中,第一涂覆部分和第二涂覆部分中的至少一个涂覆部分包含硅或含硅化合物; 分隔件,设置在第一电极和第二电极之间; 绝缘体,设置在第一电极和第二电极中的一个电极的至少一个边缘上,其中,所述一个电极具有第一宽度和第二宽度之间的较宽的宽度,并且所述一个电极具有硅或含硅化合物, 其中,所述绝缘体包括能够在电极组件充电时与所述一个电极上的涂覆部分一起膨胀的柔性材料。
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