CN102376938B - 果子冻形卷以及具有果子冻形卷的电极组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了果子冻形卷以及具有果子冻形卷的电极组件。本发明的实施例有助于卷绕工艺并能够使辅助集流器牢固地固定到主集流器，从而最小化在电池充电和放电期间的变形并且保持足够的强度。果子冻形卷包括第一辅助集流器、第二辅助集流器、心轴绝缘层和电极板。第一辅助集流器和第二辅助集流器彼此间隔开并且每个具有在相反的端部上的心轴突起。心轴绝缘层使辅助集流器彼此绝缘并使辅助集流器与外部绝缘。电极板通过分层堆积隔板、第一电极板、隔板和第二电极板而形成，并卷绕在心轴绝缘层的外表面上。

Description

果子冻形卷以及具有果子冻形卷的电极组件

技术领域

本发明的一个实施例涉及果子冻形卷(jelly roll)以及具有该果子冻形卷的电极组件，更具体地，涉及方便工艺并具有结构稳定性的果子冻形卷以及具有该果子冻形卷的电极组件。

背景技术

二次电池是可经由化学能和电能之间的可逆转换而反复充放电的化学电池。近来，由于电信设备被广泛使用并且汽车电池需要更高的容量和更高的输出能量，所以需要具有更高电压和更高容量密度的锂二次电池。

尽管各种材料可以用于形成电池，但是通常使用具有在实际使用的可能范围中的高充放电容量的材料，从而获得具有高容量的电池。容量可以分为是重量特征的特征容量和是体积特征的容量密度。高品质电池通常具有高的特征容量和高的容量密度，并包含高密度材料。

同时，锂离子二次电池主要包括正活性材料、负活性材料、电解质和隔板。正活性材料通常包括LiCO₂，负活性材料通常包括碳材料，诸如石墨，吸留并放出作为离子的锂。

在本背景部分公开的以上信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此它可以包含并不构成对于本领域的普通技术人员来说在该国已经知晓的现有技术的信息。

发明内容

本发明的一方面提供一种易于通过卷绕工艺制作的果子冻形卷。

本发明的另一方面提供一种电极组件，该电极组件包括端子和集流器，并且该电极组件消除了电极组件内的不必要空间。这样的电极组件的尺寸可以被有利地最小化。

本发明的又一方面提供一种电极组件，其中果子冻形卷在制造期间被牢固地安放，由此在制造完成之后在物理上稳定，从而最小化在充放电期间发生的变形并具有抵御外部冲击的坚固结构。

根据本发明的一实施例，果子冻形卷可以包括第一辅助集流器、第二辅助集流器、心轴绝缘层和电极板。第一辅助集流器和第二辅助集流器彼此间隔开并且每个具有在相应的相反端部上的心轴突起(mandrel protrusion)。心轴绝缘层使辅助集流器彼此绝缘并使辅助集流器与外部绝缘。电极板通过按顺序分层堆积隔板、第一电极板、隔板和第二电极板而形成，电极板可以卷绕在心轴绝缘层的外表面上。

第一电极板包括施加有正活性材料的正活性材料层和没有施加正活性材料的正未施加部，第二电极板包括施加有负活性材料的负活性材料层和没有施加负活性材料的负未施加部。这里，电极板可以设置成正未施加部暴露于隔板的一个边缘并且负未施加部暴露于隔板的另一相反边缘。

第一辅助集流器可以包括铝、镍、钛和烘焙碳中至少一种的合金。

第二辅助集流器可以包括铜、不锈钢、铝和镍中至少一种的合金。

两个或更多心轴突起可以形成在每个辅助集流器上。

根据本发明的另一实施例，电极组件可以包括第一辅助集流器、第二辅助集流器、心轴绝缘层、电极板、第一主集流器和第二主集流器。

第一辅助集流器和第二辅助集流器彼此间隔开并且每个具有在相应的相反端部上的心轴突起。心轴绝缘层使辅助集流器彼此绝缘并使辅助集流器与外部绝缘。电极板通过按顺序分层堆积隔板、第一电极板、隔板和第二电极板而形成，电极板卷绕在心轴绝缘层的外表面上。第一和第二主集流器的每个包括侧板和从侧板的边缘在垂直方向上延伸的盖板，在侧板中形成心轴突起容纳孔以容纳心轴突起。电极端子形成在盖板上。集流器绝缘部连接第一主集流器的盖板与第二主集流器的盖板。

此外，第一主集流器、第二主集流器和集流器绝缘部可以同时且整体地形成为一体。

此外，第一电极板可以包括施加有正活性材料的正活性材料层和没有施加正活性材料的正未施加部，第二电极板包括施加有负活性材料的负活性材料层和没有施加负活性材料的负未施加部。这里，电极板可以设置成正未施加部暴露于隔板的一个边缘并且负未施加部暴露于隔板的另一相反边缘。

此外，注入粘合剂的粘合剂入口可以形成在第一主集流器的侧板中以及在第二主集流器的侧板中。

此外，注入到粘合剂入口中的粘合剂可以是导电的。此外，粘合剂可以将第一主集流器粘接到正未施加部并且可以将第二主集流器粘接到负未施加部。

粘合剂可以将第一辅助集流器粘接到正未施加部并可以将第二辅助集流器粘接到负未施加部。

此外，两个或更多心轴突起可以形成在每个辅助集流器上。

此外，至少一个粘合剂入口可以提供在心轴突起之间。

导电粘合剂可以被注入到粘合剂入口中。

心轴突起容纳孔和插入到该心轴突起容纳孔中的心轴突起可以被焊接在一起。

如上所述，根据本发明的实施例，提供在卷绕工艺中用作心轴的辅助集流器以促进卷绕工艺。

而且，可以去除不必要的空间以最大地增大二次电池的总密度，从而制造具有高输出的电池。

此外，辅助集流器被牢固地固定到主集流器，从而二次电池的变形在充电和放电中被最小化，并在摔落时保持足够的强度。

附图说明

当结合附图考虑时，通过参照以下详细描述，本发明的更完整的理解以及本发明的许多伴随的优点将更易于明白，因为其被更好地理解，其中在附图中相似的附图标记指示相同或相似的部件，其中：

图1是斜视图，示出根据一实施例的辅助集流器；

图2是斜视图，示出根据一实施例的辅助集流器和心轴绝缘层；

图3A是示出电极板的分解局部平面图；

图3B是示出被沉积的电极板的局部截面图；

图4A是斜视图，示出根据一实施例卷绕果子冻形卷；

图4B是斜视图，示出根据一实施例的已卷绕的果子冻形卷；

图4C是斜视图，示出根据一实施例的堆叠(stack)；

图5是斜视图，示出根据一实施例的集流器；

图6是斜视图，示出被连接的集流器和果子冻形卷；以及

图7是示意图，示出施加粘合剂的工艺。

具体实施方式

在以下的详细描述中，简单地通过图解的方式，仅示出和描述本发明的某些实施例。如本领域的那些技术人员将理解地，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，所有修改都不背离本发明的精神或范围。因此，附图和描述被认为在本质上是说明性的而不是限制性的。此外，当一元件被称为在另一元件“上”时，它可以直接在另一元件上或者间接地在另一元件上而在其间插置一个或多个居间元件。此外，当一元件被称为“连接到”另一元件时，它可以直接连接到另一元件或间接地连接到另一元件而在其间插置一个或多个居间元件。在下文，相似的附图标记指代相似的元件。

在下文，将参照附图详细描述本发明的实施例。在说明书中，除非上下文清晰地以别的方式指出，用于指示方向“上”、“下”、“左”和“右”的术语是基于附图中的方向。

电极组件可以包括果子冻形卷100和集流器200，如图4B、图5和图6所示。在另一实施例中，电极组件可以包括堆叠100a和集流器200，如图4C、5和6所示。

如图4B所示，果子冻形卷100可以包括辅助集流器110、心轴绝缘层120和电极板150。

如图4C所示，堆叠100a可以包括辅助集流器110、心轴绝缘层120和堆叠型电极板150a。

图1是斜视图，示出根据实施例的辅助集流器。如图1所示，辅助集流器110包括第一辅助集流器110a和第二辅助集流器110b。在一个实施例中，第一辅助集流器110a可以用作正辅助集流器，第二辅助集流器110b可以用作负辅助集流器。在另一实施例中，第一辅助集流器110a可以用作负辅助集流器，第二辅助集流器110b可以用作正辅助集流器。为了便于描述，第一辅助集流器110a在后面被称为正辅助集流器，第二辅助集流器110b在后面被称为负辅助集流器。

正辅助集流器110a和负辅助集流器110b可以形成为矩形板形状。正辅助集流器110a和负辅助集流器110b可以彼此间隔开地设置。在一个实施例中，正辅助集流器110a的一侧Sa1可以设置为面朝负辅助集流器110b的一侧Sb1，正辅助集流器110a可以在相同的平面与负辅助集流器110b对齐。心轴突起111形成在正辅助集流器110a的与负辅助集流器110b相反的端部Sa2上，另一心轴突起111形成在负辅助集流器110b的与正辅助集流器110a相反设置的端部Sb2上。在一个实施例中，形成在正辅助集流器110a上的心轴突起111远离负辅助集流器110b地突出；形成在负辅助集流器110b上的另一心轴突起111远离正辅助集流器110a地突出。当电极板150卷绕成果子冻形卷时(见图4A)，心轴突起111用作心轴。在一个实施例中，一对心轴突起111可以形成在每个辅助集流器的一侧。这里，两个或更多心轴突起111可以形成在单个辅助集流器上，使得心轴突起111可以牢固地安放在卷绕器300中(见图4A)。

正辅助集流器110a可以包括铝(Al)或铝合金，负辅助集流器110b可以包括铜(Cu)或铜合金。

图2是斜视图，示出根据一实施例的辅助集流器和心轴绝缘层。如图2所示，心轴绝缘层120包括绝缘材料，并可以经由模制形成，从而围绕辅助集流器110的外部。心轴绝缘层120使正辅助集流器110a和负辅助集流器110b彼此绝缘，并使辅助集流器110与绕辅助集流器110卷绕的电极板150绝缘。心轴绝缘层120可以由电绝缘材料形成。

参照图3A和图3B，描述电极板150。图3A是示出电极板的分解局部平面图，图3B是示出电极板的局部横截面图。电极板150包括第一电极板160、第二电极板170和隔板180。在一个实施例中，第一电极板160可以是正电极板，第二电极板170可以是负电极板。在另一实施例中，第一电极板160可以是负电极板，第二电极板170可以是正电极板。为了便于描述，第一电极板160在后面表示为正板，第二电极板170在后面表示为负板。

正板160包括正活性材料施加到正集流器的两个表面或一个表面的正活性材料层161以及没有被施加正活性材料的正未施加部162。正集流器通常使用具有高电导率和高化学稳定性的材料。例如，正集流器可以包括铝、镍、钛、烘焙碳(baked carbon)等。正活性材料层161可以通过将浆料施加到正集流器上而形成，该浆料通过将正活性材料、导电材料和粘合剂与溶剂混合来制备。

负板170包括负活性材料施加到负集流器的两个表面或一个表面的负活性材料层171以及没有被施加负活性材料的负未施加部162。负板170可以包括导电金属，例如铜、不锈钢、铝、镍等。负活性材料层171可以通过将浆料施加到负集流器而形成，其中该浆料通过将负活性材料和粘合剂与溶剂混合来制备，该粘合剂用于改善负活性材料的一致性(coherence)。

隔板180可以插置在正活性材料层161与负活性材料层171之间。隔板180用作离子的通道并防止正板160与负板170之间的直接接触。因而，隔板180由具有高离子渗透性和高机械强度的绝缘薄膜形成。在一个实施例中，隔板180可以由电绝缘薄膜形成。例如，隔板180可以使用包括聚乙烯、聚丙烯或聚偏二氟乙烯的多孔膜、或毡(felt)形成。

用于二次电池的电极组件可以分为卷绕型电极组件、沉积型电极组件等。卷绕型电极组件通过卷绕正板和负板而形成，其中正板和负板通过隔板而彼此绝缘，正板和负板为纵向延伸的片。在卷绕型电极组件中，电池的容量可以通过增加卷绕的数量而增加。然而，随着卷绕数量的增加，构成电极组件的电极板或隔板可能分离并且易于变形。此外，正板可能与负板直接接触，从而可能发生短路。

图3B示出电极板150的分层结构的横截面图。如图3B所示，电极板150可以通过按顺序分层堆积隔板180、正板160、隔板180和负板170而形成。这里，正板160、隔板180、负板170和隔板180可以按顺序分层堆积，因为上述分层结构在卷绕中重复。

如上所述，正板160包括正活性材料层161和正未施加部162，负板170包括负活性材料层171和负未施加部172。当正板160设置在隔板180上时，正未施加部162暴露于隔板180的一侧(或边缘)S1。类似地，当负板170设置在隔板180上时，负未施加部172暴露于隔板180的另一侧(或边缘)S2。当卷绕电极板150时，如图4B所示，正未施加部162暴露于隔板180的一侧S1，负非施加部172暴露于隔板180的另一侧S2。当电极板150卷绕成果子冻形卷时，在一个实施例中，正未施加部162未被隔板180覆盖且在隔板180的一侧S1暴露；负未施加部172未被隔板180覆盖且在隔板180的相反边缘S2暴露。

图4A和图4B示出卷绕工艺。图4A是示出卷绕果子冻形卷100的工艺的斜视图，图4B是已卷绕的果子冻形卷100的斜视图。

卷绕器300是用于将电极板150卷绕在心轴绝缘层120外部上的器件。卷绕器300包括用于在辅助电机的旋转轴上容纳并安放心轴突起111的心轴突起固定单元310，并执行卷绕工艺。这里，正板160、隔板180和负板170的对准是重要的，因而均匀地执行卷绕。

考虑到短路的风险，辅助集流器110可以在仅心轴突起暴露于果子冻形卷的外部的情形下卷绕。

图4C是示出根据另一实施例的堆叠的斜视图。如图4C所示，堆叠100a可以包括辅助集流器110、心轴绝缘层120和堆叠型电极板150a。图4B和图4C之间的差异是图4C显示出堆叠型电极板150a，其不同于图4B的果子冻形卷型电极板150。堆叠型电极板150a通过堆叠层1000而形成。在堆叠型电极板150a中，正未施加部162a未被隔板180a覆盖，并在隔板180a的一个边缘处暴露；负未施加部172a未被隔板180a覆盖，并在隔板180a的相反边缘处暴露。

图5示出集流器200的斜视图。正侧板210a、正盖板210c、负侧板210b和负盖板210d统称为主集流器210。主集流器210可以通过以直角弯曲一个板两次而形成。如图5所示，两个板，即，侧板210a和210b，面朝彼此并彼此相对地设置。两个侧板210a和210b通过盖板210c和210d物理连接，两个侧板210a和210b通过集流器绝缘部230彼此电绝缘。集流器绝缘部230可以提供在两个盖板210c和210d之间，从而使盖板210c与盖板210d电绝缘。这里，侧板210a和210b、盖板210c和210d以及集流器绝缘部230可以经由双注模同时且整体地形成为一体，或者可以分离地制造并通过软焊(soldering)或焊接(welding)结合。

心轴突起容纳孔212形成在侧板210a和210b中。心轴突起容纳孔212可以是通孔。形成在辅助集流器110a和110b上的心轴突起111可以插入到心轴突起容纳孔212中。此外，粘合剂入口211可以形成在侧板210a和210b中。粘合剂入口211可以是通孔。在一个实施例中，粘合剂入口211可以与心轴突起容纳孔212分离地设置。当卷绕的果子冻形卷100被放入集流器200中时，粘合剂可以通过粘合剂入口211注入，粘合剂可以被设置用于填充卷绕的果子冻形卷100与集流器200之间的间隙。这里，粘合剂入口211可以形成在至少两个心轴突起容纳孔212之间。当导电粘合剂通过提供在心轴突起容纳孔212之间的粘合剂入口211注入时，导电粘合剂可以到达辅助集流器110。这里，侧板210a和210b以及盖板210c和210d可以由与辅助集流器110相同的材料形成。

参照图6，描述将果子冻形卷100连接到集流器的工艺。图6是示出果子冻形卷100和集流器200连接到彼此的组件的透视图。果子冻形卷100的两个心轴突起111可以插入到形成在集流器200的侧板210a和210b中的心轴突起容纳孔212中，使得果子冻形卷100和集流器200连接。这里，果子冻形卷引导件215可以被提供以引导被插入的果子冻形卷100，并在果子冻形卷100被连接之后防止形成在果子冻形卷100的相反侧上的正未施加部162和负未施加部172分离。果子冻形卷引导件215从侧板210a和210b的相反侧(或边缘)S11和S22朝向沿着盖板210c和210d的延伸方向的方向延伸。

当完成果子冻形卷100和集流器200之间的连接时，如图6所示，里面的正未施加部162或负未施加部172可以通过粘合剂入口211看到，从里面插入的心轴突起111可以通过心轴突起容纳孔212看到。电极端子241和242设计用于电连接到外部电器件。

参照图7，描述施加粘合剂的工艺。图7是示出施加粘合剂的工艺的示意图。首先，辅助侧板400与侧板210a和210b之一平行地并排提供。然后，预定量的粘合剂420被施加到辅助侧板400上，粘合剂420使用刮刀(blade)410向上铺展在侧板210a和210b上。以此方式，粘合剂420通过心轴突起容纳孔212和粘合剂入口211而置于果子冻形卷100上。

这里，粘合剂420可以是导电粘合剂。粘合剂420可以将正侧板210a附接或粘接到正未施加部162，并将负侧板210b附接或粘接到负未施加部172。分离地或同时地，粘合剂420可以将正辅助集流器110a附接或粘接到正未施加部162，并且将负辅助集流器110b附接或粘接到负未施加部172。

在一个实施例中，其中粘合剂420是不导电的，可以额外地提供导电连接件以分别将电极板150的未施加部162和172与辅助集流器110a和110b电连接，或者分别将电极板150的未施加部162和172与侧板210a和210b电连接。

在施加导电粘合剂420之后，导电粘合剂420经由紫外线辐射等加热，从而不损伤二次电池的隔板，然后导电粘合剂420在低温硬化。

这里，为了改善果子冻形卷100和集流器200的连接，心轴突起容纳孔212和插入到心轴突起容纳孔212中的心轴突起111在注入粘合剂420之前被焊接。

尽管根据实施例详细描述了本发明的精神，但是应当理解，实施例是提供来解释本发明而不限制本发明，可以实现各种果子冻形卷和具有果子冻形卷的电极组件而不脱离本发明的范围。

虽然已经结合某些实施例描述了本发明，但是将理解，本发明不限于公开的实施例，而是相反地，旨在涵盖包括在权利要求书的精神和范围以及其等同物内的各种修改和等同布置。

本申请参考、在此结合并要求享有之前于2010年8月19日在韩国知识产权局提交并且申请号为No.10-2010-0080290的所有权益。

Claims (19)

1.一种果子冻形卷，包括：

第一辅助集流器和第二辅助集流器，所述第一辅助集流器和所述第二辅助集流器彼此间隔开地设置且在相同的平面彼此对齐，所述第一辅助集流器包括设置在与所述第二辅助集流器相反的第一端部上的第一心轴突起，所述第二辅助集流器包括设置在与所述第一辅助集流器相反的第二端部上的第二心轴突起，所述第一心轴突起和所述第二心轴突起彼此远离地突出；

心轴绝缘层，使所述第一辅助集流器与所述第二辅助集流器电绝缘，并且所述心轴绝缘层使所述第一辅助集流器和第二辅助集流器与所述第一辅助集流器和第二辅助集流器的外部绝缘；以及

电极板，包括第一电极板、第二电极板以及隔板，该隔板插置在所述第一电极板和所述第二电极板之间从而使所述第一电极板与所述第二电极板电绝缘，所述电极板设置在所述心轴绝缘层的外表面上，

其中所述心轴绝缘层使所述第一和第二辅助集流器与所述电极板绝缘。

2.如权利要求1所述的果子冻形卷，其中所述第一电极板包括施加有正活性材料的正活性材料层和没有施加正活性材料的正未施加部，所述第二电极板包括施加有负活性材料的负活性材料层和没有施加负活性材料的负未施加部，并且

所述第一电极板和所述第二电极板设置成所述正未施加部暴露于所述隔板的一个边缘并且所述负未施加部暴露于所述隔板的另一相反边缘。

3.如权利要求2所述的果子冻形卷，其中所述第一辅助集流器包括铝、镍、钛和烘焙碳中至少一种的合金。

4.如权利要求2所述的果子冻形卷，其中所述第二辅助集流器包括铜、不锈钢、铝和镍中至少一种的合金。

5.如权利要求1所述的果子冻形卷，其中两个或更多第一心轴突起形成在所述第一辅助集流器上，两个或更多第二心轴突起形成在所述第二辅助集流器上。

6.如权利要求1所述的果子冻形卷，其中所述第一辅助集流器和所述第二辅助集流器用所述电极板卷绕，使得仅暴露所述第一和第二心轴突起。

7.一种电极组件，包括：

第一辅助集流器和第二辅助集流器，所述第一辅助集流器和所述第二辅助集流器彼此间隔开地设置且在相同的平面彼此对齐，所述第一辅助集流器包括设置在与所述第二辅助集流器相反的第一端部上的第一心轴突起，所述第二辅助集流器包括设置在与所述第一辅助集流器相反的第二端部上的第二心轴突起，所述第一心轴突起和所述第二心轴突起彼此远离地突出；

心轴绝缘层，使所述第一辅助集流器与所述第二辅助集流器电绝缘，并且所述心轴绝缘层使所述第一和第二辅助集流器与所述第一和第二辅助集流器的外部绝缘；

电极板，包括第一电极板、第二电极板以及隔板，该隔板插置在所述第一电极板和所述第二电极板之间从而使所述第一电极板与所述第二电极板电绝缘，所述电极板卷绕在心轴绝缘层的圆周表面上；

第一主集流器和第二主集流器，每个包括侧板和从侧板的边缘垂直地延伸的盖板，所述侧板包括容纳每个所述第一和第二心轴突起的心轴突起容纳孔，所述盖板包括电极端子；以及

集流器绝缘部，物理连接所述第一主集流器的所述盖板与所述第二主集流器的所述盖板，并使所述第一主集流器与所述第二主集流器电绝缘。

8.如权利要求7所述的电极组件，其中所述第一主集流器、所述第二主集流器和所述集流器绝缘部同时且整体地形成为一体。

9.如权利要求7所述的电极组件，其中所述第一电极板包括施加有正活性材料的正活性材料层和没有施加正活性材料的正未施加部，所述第二电极板包括施加有负活性材料的负活性材料层和没有施加负活性材料的负未施加部，并且

所述电极板被设置成所述正未施加部暴露于所述隔板的一个边缘并且所述负未施加部暴露于所述隔板的另一相反边缘。

10.如权利要求9所述的电极组件，其中注入粘合剂的粘合剂入口形成在所述第一主集流器的所述侧板中以及所述第二主集流器的所述侧板中。

11.如权利要求10所述的电极组件，其中注入到所述粘合剂入口中的所述粘合剂是导电的。

12.如权利要求10所述的电极组件，其中所述粘合剂将所述第一主集流器粘接到所述正未施加部并将所述第二主集流器粘接到所述负未施加部。

13.如权利要求12所述的电极组件，其中所述粘合剂将所述第一辅助集流器粘接到所述正未施加部并将所述第二辅助集流器粘接到所述负未施加部。

14.如权利要求10所述的电极组件，其中两个或更多第一心轴突起形成在所述第一辅助集流器上，两个或更多第二心轴突起形成在所述第二辅助集流器上。

15.如权利要求14所述的电极组件，其中至少一个粘合剂入口提供在所述第一心轴突起之间以及至少一个粘合剂入口提供在所述第二心轴突起之间。

16.如权利要求15所述的电极组件，其中导电粘合剂被注入到所述粘合剂入口中。

17.如权利要求9所述的电极组件，其中所述心轴突起容纳孔和插入到所述心轴突起容纳孔中的心轴突起被焊接在一起。

18.如权利要求7所述的电极组件，其中所述心轴绝缘层保持所述第一辅助集流器和所述第二辅助集流器彼此间隔开。

19.如权利要求7所述的电极组件，其中所述第一辅助集流器和所述第二辅助集流器用电极板卷绕，使得仅暴露所述第一和第二心轴突起。