CN102195025A - 电极组件和使用该电极组件的二次电池 - Google Patents

电极组件和使用该电极组件的二次电池 Download PDF

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Abstract

根据本发明实施例提供一种电极组件和使用该电极组件的二次电池，该电极组件包括：至少一个第一电极板，包括从其延伸的第一电极接线片；至少一个第二电极板，包括从其延伸的第二电极接线片；至少一个第一中间电极，包括从其延伸的第一中间电极接线片；至少一个第二中间电极，包括从其延伸的第二中间电极接线片；布置在第一和第二电极板之间的隔板，和布置在第一和第二中间电极之间的隔板；其中第一电极板布置在电极组件中相对于第一中间电极的最外侧，且第二电极板布置在电极组件中相对于第二中间电极的最外侧；并且第一电极接线片和第一中间电极接线片一起构成第一电极引线，第二电极接线片和第二中间电极接线片一起构成第二电极引线。

Description

电极组件和使用该电极组件的二次电池
相关申请
本申请要求于2010年3月4日向美国专利商标局递交的美国临时申请No.61/310,603和2010年12月2日向美国专利商标局递交的美国非临时申请No.12/959,306的权益，其公开内容通过引用全部合并于此。
技术领域
本发明的实施例涉及一种电极组件及使用该电极组件的二次电池，更具体而言，涉及一种电极组件及使用该电极组件的二次电池，其通过修改电极板中的最外基板的电极接线片的形式而能够简化过程并节约成本。
背景技术
随着便携式电子装置的小型化和轻型化，已经对用作驱动电源的二次电池进行了研究。随着包括手机、笔记本电脑、个人数字助理(PDAs)等便携式无线设备产品的重量的减轻及功能的发展，用作这些产品的驱动电源的二次电池的重要性被显著强调。
由于二次电池能够通过重复充电和放电被重复使用，因此二次电池比一次电池更经济。并且，由于二次电池的小型化和大容量能够被利用，并且二次电池具有高的工作电压和高的单位重量能量密度，因此二次电池被广泛应用于高科技电子设备中。
特别地，典型地具有3.7V的工作电压的锂二次电池比被主要用作便携式电子设备的电源的镍镉电池或镍氢电池高三倍。
通常，对于某些二次电池，例如具有能够用于手机的薄的厚度的罐型电池或袋型电池，对形状的要求高，并且对于诸如具有优异的能量密度、放电电压和安全性的锂聚合物电池的二次电池，对材料的要求高。
在罐型或袋型电池中，电极组件、从电极组件延伸的电极接线片和焊接到电极接线片的电极引线典型地被容纳在罐或袋中。电极组件还典型地具有这样的结构：阳极板、阴极板和介于阳极板和阴极板之间并使它们彼此绝缘的隔板被顺序层压或卷绕。
另外，电极接线片典型地从电极组件的阳极板和阴极板独立地延伸和熔合，并且电极接线片典型地与阳极电极引线和阴极电极引线中的每一个电连接，并且每个电极接线片的一部分典型地暴露在罐或袋的外面。暴露的电极引线在后续过程中被典型地与保护电路模块电连接。
然而，这样的话，从电极组件的阳极板和阴极板中的每一个延伸的电极接线片被熔合，并且之后，当每个电极接线片与电极引线连接时，制造过程会变得复杂，并且电极接线片和电极引线可能会在执行后续过程时彼此分开。
发明内容
根据本发明的实施例，一种电极组件包括：至少一个第一电极板，该至少一个第一电极板包括从所述至少一个第一电极板延伸的第一电极接线片；至少一个第二电极板，该至少一个第二电极板包括从所述至少一个第二电极板延伸的第二电极接线片；至少一个第一中间电极，该至少一个第一中间电极包括从所述至少一个第一中间电极延伸的第一中间电极接线片；至少一个第二中间电极，该至少一个第二中间电极包括从所述至少一个第二中间电极延伸的第二中间电极接线片；和布置在所述至少一个第一电极板和所述至少一个第二电极板之间的隔板，和布置在所述至少一个第一中间电极和所述至少一个第二中间电极之间的隔板；其中，所述至少一个第一电极板在所述电极组件中布置在相对于所述至少一个第一中间电极的最外侧，并且所述至少一个第二电极板在所述电极组件中布置在相对于所述至少一个第二中间电极的最外侧；并且其中所述第一电极接线片和所述第一中间电极接线片一起构成第一电极引线，并且所述第二电极接线片和所述第二中间电极接线片一起构成第二电极引线。
根据实施例，所述第一电极接线片覆盖所述第一中间电极接线片，并且所述第二电极接线片覆盖所述第二中间电极接线片。
根据实施例，所述至少一个第一电极板和所述第一电极接线片分别比所述至少一个第一中间电极和所述第一中间电极接线片厚，并且其中所述至少一个第二电极板和所述第二电极接线片分别比所述至少一个第二中间电极和所述第二中间电极接线片厚。
根据实施例，所述至少一个第一电极板和所述第一电极接线片以及所述至少一个第二电极板和所述第二电极接线片具有50μm到100μm范围内的厚度。
根据实施例，所述第一电极接线片和所述第二电极接线片均具有5mm到40mm范围内的宽度。
根据实施例，所述第一电极接线片和所述第二电极接线片中每一个的长度分别是所述第一中间电极接线片和所述第二中间电极接线片的长度的150％到200％。
根据实施例，所述一对第一电极接线片和所述第一中间电极接线片通过焊接彼此联接，并且所述一对第二电极接线片和所述第二中间电极接线片通过焊接彼此联接。
根据实施例，绝缘带被联接到所述第一电极接线片的一部分和所述第二电极接线片的一部分。
根据实施例，二次电池可以被制造为包括上述电极组件。
附图说明
附图与说明书一起例示出本发明的某些实施例，并且用于解释本发明各实施例的原理。
图1是示出根据本发明实施例的袋状壳体中的电极组件的分解状态的透视图。
图2是根据本发明实施例的二次电池的透视图。
图3是沿图2的线A-A′截取的截面图。
图4是沿图2的线B-B′截取的截面示意图。
具体实施方式
在下面的详细说明中，以示例的方式仅示出和描述本发明的某些实施例。正如本领域技术人员将会认识到的，可以以各种不同的方式修改所描述的实施例，而均不脱离本发明的精神或范围。因此，附图和说明本质上应被看作是示例性的而非限制性的。另外，当元件被提及为在另一元件“上”时，该元件可以直接位于该另一元件上，或通过介于该元件与该另一元件之间的一个或多个中间元件而间接位于该另一元件上。此外，当元件被提及为“连接到”另一元件时，该元件可以直接连接到该另一元件，或通过介于该元件与该另一元件之间的一个或多个中间元件而间接连接到该另一元件。下文中，相似的附图标记指代相似的元件。
现在将参照例示出本发明各实施例的附图详细描述根据本发明实施例的电极组件和使用该电极组件的二次电池。
图1是示出根据本发明实施例的袋状壳体中的电极组件的分解状态的透视图。
参照图1，电极组件10包括被层压的阳极板54、阴极板44和介于阳极板54和阴极板44之间的隔板60，活性物质被应用到阳极板54和阴极板44。从一侧延伸的阳极接线片55可形成在阳极板54上，并且从另一侧沿与阳极接线片55相同的方向延伸的阴极接线片45可形成在阴极板44上。阳极板54可包括定位在最外部的一对最外阳极板51(也可称为第一电极板)和介于一对最外阳极板51之间的多个中间阳极板53(也可称为第一中间电极)，并且阴极板44可包括定位在最外部的一对最外阴极板41(也可称为第二电极板)和介于一对最外阴极板41之间的多个中间阴极板43(也可称为第二中间电极)。
在图1例示的实施例中，最外阳极板51是层压的阳极板54中的定位在最外部的阳极板51，并且最外阴极板41是层压的阴极板44中的定位在最外部的阴极板41。同时，任何一对最外阳极板51或一对最外阴极板41实际上可以是电极组件10的最外部，但在本实施例中，一对最外阳极板51被形成在电极组件10的最外部。
最外阳极板51可以比中间阳极板53厚，并且最外阳极接线片50(也可称为第一电极接线片)可以比中间阳极接线片52(也可称为第一中间电极接线片)大。通过这样的构造，最外阳极接线片50能够连结(tie)中间阳极板53的中间阳极接线片52，并且另外，最外阳极接线片50自身能够用作电极引线，而不需要在形成芯组时另外附接与保护电路模块(未示出)电连接的电极引线，也就是，最外阳极接线片50直接连接到保护电路模块。由于最外阳极接线片50连结中间阳极接线片52，因此也可看作是最外阳极接线片50和中间阳极接线片52一起构成电极引线。也就是，所述第一电极接线片和所述第一中间电极接线片一起构成第一电极引线，并且所述第一电极引线直接联接到保护电路模块。
通常，中间阳极板53的厚度可在12μm到30μm的范围内，并且在本发明的实施例中，覆盖中间阳极板53的最外阳极板51的厚度可在50μm到100μm的范围内，覆盖中间阳极接线片52的最外阳极接线片50的厚度可在50μm到100μm的范围内。也就是，当附接到最外阳极板51的最外阳极接线片50具有小于50μm的厚度时，最外阳极接线片50可能具有与中间阳极接线片52相等或比中间阳极接线片52小的厚度，从而最外基板的强度可能降低。另外，当最外阳极接线片50具有大于100μm的厚度时，最外基板可能变得过厚，从而不容易相互附接，并且另外，二次电池变得更厚。
进一步，最外阴极接线片40(也可称为第二电极接线片)也可以像最外阳极接线片50那样比中间阴极接线片42(也可称为第二中间电极接线片)厚。通常，中间阴极板43的厚度可在8μm到20μm的范围内，并且覆盖中间阴极板43的最外阴极板41的厚度可在50μm到100μm的范围内。覆盖中间阴极接线片42的最外阴极接线片40的厚度可在50μm到100μm的范围内。这里，最外阴极接线片40和中间阴极接线片42可沿与最外阳极接线片50和中间阳极接线片52相同的方向但从另一侧延伸，以便不与从一侧延伸的最外阳极接线片50和中间阳极接线片52重叠。最外阴极接线片40能够连结中间阴极板43的中间阴极接线片42，并且另外，最外阴极接线片40自身能够用作电极引线，而不需要在形成芯组时另外附接与保护电路模块(未示出)电连接的电极引线，也就是，最外阴极接线片40直接连接到保护电路模块。由于最外阴极接线片40连结中间阴极接线片42，因此也可看作是最外阴极接线片40和中间阴极接线片42一起构成电极引线。也就是，所述第二电极接线片和所述第二中间电极接线片一起构成第二电极引线，并且所述第二电极引线直接联接到保护电路模块。
阳极板54和阴极板44通常通过将活性物质应用和填充到金属基板中并且干燥、辊压和切割而形成，但是可根据二次电池的类型不同地形成。阳极板54和阴极板44可通过利用浆料涂覆铝金属箔或铜金属箔以及后续的干燥来制作。浆料可包括阳极板54和阴极板44的活性物质和允许活性物质粘附在金属箔上的固定剂。对于锂二次电池，包含锂的氧化物可主要用作阳极活性物质，并且硬碳、软碳、石墨和碳物质中的任何一种可主要用作阴极活性物质，但是本发明不限于锂二次电池。
隔板60可介于阳极板54和阴极板44之间。可使用具有高离子渗透性和高机械强度的绝缘薄膜。隔板60的孔的直径通常可在0.01μm到10μm的范围内并且隔板60的厚度通常可在5μm到300μm的范围内。例如，由诸如化学稳定并厌水的聚丙烯、玻璃纤维或聚乙烯的烯烃聚合物制成的片或无纺布可用作隔板60。根据各实施例，诸如聚合物等固态电解质也可用作隔板60。
另外，袋状壳体20可具有能够容纳电极组件10的接纳空间。袋状壳体20通常可形成在铝薄膜的顶部和底部以形成层压结构。袋状壳体20的内表面可由诸如热粘胶树脂(heat adhesive resin)的粘胶树脂形成。
图2是根据本发明实施例的二次电池的透视图。
参照图2，当电极组件10被接纳在袋状壳体20的接纳空间中时，一对最外阳极接线片50和一对最外阴极接线片40可被部分地暴露在袋状壳体20的外部。在增加袋状壳体20内部的气密密封的同时确保电绝缘的绝缘带70可被附接到与袋状壳体20接触的最外电极接线片40和50。
如上所述，袋状壳体20通常可形成在铝薄膜的顶部和底部，以形成被诸如聚丙烯或聚乙烯等尼龙或合成树脂覆盖的层压结构。袋状壳体20的内表面可由热粘胶树脂制成以提供气密密封。结果是，涂覆在袋状壳体20的内表面上的热粘胶树脂可通过加热和挤压而被相互熔合，以使袋状壳体20气密。
由于一对最外阳极接线片50和一对最外阴极接线片40可部分地暴露在袋状壳体20的外部，同时将定位在一对最外阳极接线片50和一对最外阴极接线片40中的中间阳极接线片52和中间阴极接线片42连结以作为电极引线，因此一对最外阳极接线片50和一对最外阴极接线片40可具有足够大的尺寸以覆盖中间阳极接线片52和中间阴极接线片42。
优选地，最外阳极接线片50和最外阴极接线片40的宽度在5mm到40mm的范围内。由于根据各实施例的中间阳极接线片52和中间阴极接线片42的宽度在4mm到7mm的范围内，因此最外阳极接线片50和最外阴极接线片40的宽度优选在5mm到40mm的范围内，以便足够大以覆盖中间阳极接线片和中间阴极接线片。进一步，最外阳极接线片50和最外阴极接线片40的长度应当分别是中间阳极接线片52和中间阴极接线片42的长度的150％到200％。
当最外阳极接线片50和最外阴极接线片40的长度分别形成为小于中间阳极接线片52和中间阴极接线片42的长度的150％时，最外阳极接线片50和最外阴极接线片40可能不足够大以充分覆盖中间阳极接线片52和中间阴极接线片42。另外，当最外阳极接线片50和最外阴极接线片40的长度分别大于中间阳极接线片52和中间阴极接线片42的长度的200％时，位于袋状壳体的内部或外部的最外阳极接线片50和最外阴极接线片40的不必要的部分可能占据额外的空间。
根据实施例，一对最外阳极接线片50和一对最外阴极接线片40可通过激光焊接被附接。通过这样的构造，由于最外阳极接线片50和最外阴极接线片40能够覆盖介于它们之间的中间阳极接线片52和中间阴极接线片42并且部分地暴露在袋状壳体20外部，最外阳极接线片50和最外阴极接线片40可用作电极引线。
图3是沿图2的线A-A′截取的截面图。
参照图3，在定位在袋状壳体20中的电极组件10中，阳极板54、隔板60和阴极板44可被顺序层压。阴极板44可略大于阳极板54，并且隔板60可略大于阴极板44并介于阳极板54和阴极板44之间。也就是，阳极板54、阴极板44以及隔板60可依照尺寸形成。通常，层压型电极组件10的隔板60可被制作为大于阳极板54和阴极板44以防止由于阳极板54和阴极板44之间的接触可能导致的短路。进一步，考虑到在充电时在阴极板44中间歇地产生的锂离子沉积现象(precipitation phenomenon)，阳极板54可被制作为略小于阴极板44。
现在将更详细地描述电极组件10的层压形式。中心阳极板56可定位在电极组件10的中心处。最外阳极板51可一致地(evenly)定位在电极组件10的两个最外部并且可相对于中心阳极板56竖直地彼此对称。也就是，电极组件10可具有这样的结构：隔板60被层压在中心阳极板56的两侧，中间阴极板43被层压在隔板60的与中心阳极板56所定位的侧部相对的侧部，进一步的隔板60被层压在中间阴极板43的与先前的隔板60所定位的侧部相对的侧部，并且中间阳极板53被定位在该进一步的隔板60的与中间阴极板43所定位的侧部相对的侧部，并且重复这种结构。
另外，活性物质(未示出)可被应用到定位在电极组件10的中心处的中心阳极板56以及内部的中间阳极板53和内部的中间阴极板43的两个表面，并且活性物质可以只被应用到最外阳极板51的内表面。
在具有上述层压结构的电极组件10中，一对最外阳极板51可比中间阳极板53厚，并且最外阳极接线片50可具有较大的宽度和较大的长度。因此，最外板在覆盖和连结中间阳极接线片52的同时可用作电极引线。
根据实施例，绝缘带70被附接到最外阳极接线片50的暴露到外部的部分并与气密的袋状壳体20接触。也就是，当袋状壳体20为气密时，可包括使袋状壳体20与最外阳极接线片50彼此绝缘的绝缘带70。当热粘胶树脂被熔合到袋状壳体20的内表面上时，绝缘带70能够防止最外电极接线片40和50与铝薄膜短路。同时，绝缘带70不应妨碍袋状壳体20的气密状态并且不应作为湿气渗透或电解质流出的通道。
图4是沿图2的线B-B′截取的截面示意图。
参照图4，在与图3相同的结构中，中间阴极接线片42被一对最外阴极接线片40覆盖。这里，最外阴极板41定位在最外阳极板51之内，隔板60介于它们之间。中间阴极接线片42和最外阴极接线片40可被形成在它们不与中间阳极接线片52和最外阳极接线片50所定位的区域重叠的位置。
当绝缘带70被附接到一对最外阴极接线片40的与袋状壳体20接触的部分时，一对最外阴极接线片40能够覆盖定位在它们之内的中间阴极接线片42。通过这样的构造，由于制造电极组件10的过程被简化，生产率可提高，从而有可能节约与提供额外的电极引线基板相关的成本。
在上述实施例中，阳极板被定位在电极组件的中心和两个最外侧，但阴极板也能够被定位在电极组件的中心和两个最外侧。
进一步，在上述实施例中，尽管描述的是袋型二次电池，但本发明各实施例并不限于此。另外，本发明当然能够被应用到具有长片型的阳极板、长片型的阴极板与介于长片型的阳极板和长片型的阴极板之间的隔板被卷绕的结构的胶卷形、圆柱形和齿状(zigzag type)的电极组件。
如上所述，根据本发明的实施例，通过增加电极板中最外面的基板的厚度和电极接线片的尺寸以连结内部基板的电极接线片并将它们用作电极引线，从而能够省略附接额外的电极引线的过程。因此，由于过程被简化，生产率能够被提高，从而可以节约与提供额外的电极引线基板相关的成本。
尽管结合某些实施例描述了本发明，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的实施例，但相反旨在覆盖所附权利要求及其等同物的精神和范围内所包含的各种修改和等同设置。

Claims (19)

1.一种电极组件，包括：
至少一个第一电极板，所述至少一个第一电极板包括从所述至少一个第一电极板延伸的第一电极接线片；
至少一个第二电极板，所述至少一个第二电极板包括从所述至少一个第二电极板延伸的第二电极接线片；
至少一个第一中间电极，所述至少一个第一中间电极包括从所述至少一个第一中间电极延伸的第一中间电极接线片；
至少一个第二中间电极，所述至少一个第二中间电极包括从所述至少一个第二中间电极延伸的第二中间电极接线片；和
布置在所述至少一个第一电极板和所述至少一个第二电极板之间的隔板，和布置在所述至少一个第一中间电极和所述至少一个第二中间电极之间的隔板；
其中，所述至少一个第一电极板在所述电极组件中布置在相对于所述至少一个第一中间电极的最外侧，并且所述至少一个第二电极板在所述电极组件中布置在相对于所述至少一个第二中间电极的最外侧；并且
其中所述第一电极接线片和所述第一中间电极接线片一起构成第一电极引线，并且所述第二电极接线片和所述第二中间电极接线片一起构成第二电极引线。
2.如权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极接线片覆盖所述第一中间电极接线片，并且所述第二电极接线片覆盖所述第二中间电极接线片。
3.如权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极引线和所述第二电极引线直接联接到保护电路模块。
4.如权利要求1所述的电极组件，其中所述至少一个第一电极板和所述第一电极接线片分别比所述至少一个第一中间电极和所述第一中间电极接线片厚，并且其中所述至少一个第二电极板和所述第二电极接线片分别比所述至少一个第二中间电极和所述第二中间电极接线片厚。
5.如权利要求1所述的电极组件，其中
所述至少一个第一电极板包括一对第一电极板，所述一对第一电极板包括一对第一电极接线片，该一对第一电极接线片的每一个分别从所述一对第一电极板中的每一个延伸；
所述至少一个第二电极板包括一对第二电极板，所述一对第二电极板包括一对第二电极接线片，该一对第二电极接线片的每一个分别从所述一对第二电极板中的每一个延伸；
所述一对第一电极板在所述电极组件中布置在相对于所述至少一个第一中间电极的最外侧，并且所述一对第二电极板在所述电极组件中布置在相对于所述至少一个第二中间电极的最外侧；并且
所述一对第一电极接线片和所述第一中间电极接线片一起构成第一电极引线，并且所述一对第二电极接线片和所述第二中间电极接线片一起构成第二电极引线。
6.如权利要求5所述的电极组件，其中所述第一中间电极接线片联接到所述一对第一电极接线片并被所述一对第一电极接线片覆盖，并且所述第二中间电极接线片联接到所述一对第二电极接线片并被所述一对第二电极接线片覆盖。
7.如权利要求2所述的电极组件，其中所述第一电极接线片和所述第二电极接线片中每一个的长度分别是所述第一中间电极接线片和所述第二中间电极接线片的长度的150％到200％。
8.如权利要求1所述的电极组件，其中所述至少一个第一电极板和所述第一电极接线片以及所述至少一个第二电极板和所述第二电极接线片均具有50μm到100μm范围内的厚度。
9.如权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极接线片和所述第二电极接线片均具有5mm到40mm范围内的宽度。
10.如权利要求1所述的电极组件，进一步包括联接到所述第一电极接线片的一部分和所述第二电极接线片的一部分的绝缘带。
11.如权利要求5所述的电极组件，其中所述一对第一电极接线片和所述第一中间电极接线片通过焊接彼此联接，并且所述一对第二电极接线片和所述第二中间电极接线片通过焊接彼此联接。
12.如权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件中的最外电极板是阳极电极板。
13.如权利要求1所述的电极组件，其中所述至少一个第一电极板是阳极电极板并且所述至少一个第二电极板是阴极电极板。
14.如权利要求1所述的电极组件，其中所述电极组件被进一步插入袋状壳体中。
15.如权利要求14所述的电极组件，其中所述袋状壳体进一步包括沿内表面的粘胶树脂，以形成气密袋状壳体。
16.如权利要求14所述的电极组件，其中所述第一电极接线片的一部分和所述第二电极接线片的一部分暴露在所述袋状壳体的外部，以向保护电路模块提供第一电极引线和第二电极引线。
17.如权利要求5所述的电极组件，其中所述至少一个第一中间电极包括中心电极，第一隔板和第二隔板布置在所述中心电极的两侧，一对第二中间电极布置在所述第一隔板和所述第二隔板的外侧，第三隔板和第四隔板布置在所述一对第二中间电极的最外侧，并且一对第一中间电极布置在所述第三隔板和所述第四隔板的最外侧。
18.如权利要求3所述的电极组件，其中所述第一电极接线片和所述第二电极接线片直接连接到所述保护电路模块。
19.一种二次电池，包括如权利要求1-18任一项所述的电极组件。
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