CN103988339A - 具有新型结构的二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有新型结构的二次电池，其中在电池壳中容纳有卷型电极组件(“卷状物”)和电解质，在所述电极组件中卷绕有：正极，其包含在正极集电器的至少一个表面上的正极活性材料涂覆部；负极，其包含在负极集电器的至少一个表面上的负极活性材料涂覆部；和隔膜，其插入在所述正极与所述负极之间，并且结合至正极未涂覆部的正极引线和结合至负极未涂覆部的负极引线中的至少一个包含用于与电极未涂覆部结合和/或与电池壳结合的第一金属层和具有比所述第一金属层相对更低的电阻的第二金属层，其中所述第一金属层和所述第二金属层彼此结合。

Description

具有新型结构的二次电池
技术领域
本发明涉及一种具有新型结构的二次电池。更具体地，本发明涉及一种二次电池，其中在电池壳中容纳有卷(jelly-roll)型电极组件(“卷状物”)和电解质，在所述电极组件中卷绕有：正极，其包含在正极集电器的至少一个表面上的正极活性材料涂覆部；负极，其包含在负极集电器的至少一个表面上的负极活性材料涂覆部；和隔膜，其插入在所述正极与所述负极之间，并且结合至正极未涂覆部的正极引线和结合至负极未涂覆部的负极引线中的至少一个包含用于与电极未涂覆部结合和/或与电池壳结合的第一金属层和具有比所述第一金属层相对更低的电阻的第二金属层，其中所述第一金属层和所述第二金属层彼此结合。
背景技术
随着移动装置技术继续发展和对其的需求继续增加，对于作为能源的二次电池的需求快速增加。在这些二次电池中，对于显示高能量密度和放电电压的锂二次电池的研究正在进行中并且这种锂二次电池可商购获得并被广泛使用。
根据电池壳的形状，将二次电池分成在圆筒形或矩形金属罐中包含电极组件的圆筒形或矩形电池；和在由铝层压片制成的袋型壳中包含电极组件的袋型电池。在这些电池中，圆筒形电池具有相对高的容量和结构稳定性。
容纳于电池壳中的电极组件为可再充电的发电装置并具有由正极、隔膜和负极组成的堆叠结构，并且被分为通过将隔膜插入具有长片形状并且涂覆有活性材料的正极与负极之间而制造的卷型电极组件和通过将具有预定尺寸的多个正极和负极与设置于其间的隔膜依次堆叠而制造的堆叠型电极组件。其中，卷型电极组件容易制造并具有高的单位重量的能量密度。
关于此，图1是一般的圆筒形电池100的纵断面透视图。
参考图1，通过以下制造圆筒形电池100：将卷型(卷绕型)电极组件120放置在圆筒形壳130中，向圆筒形壳130中注入电解质，并且将具有电极端子(例如，正极端子，未示出)的顶盖140连接至圆筒形壳130的开口顶部。
电极组件120具有如下结构，其中将正极121、负极122和设置于其间的隔膜123卷成环状形式并且将圆柱型中心销150插入其卷绕芯(卷的中心)中。中心销150一般由金属材料制成以赋予预定强度并具有通过将板弯曲成环状形式而形成的中空圆筒形结构。中心销150固定和支撑电极组件120并充当通过其使电池的充电/放电和运行期间的内部反应所产生的气体排出的通道。
同时，锂二次电池具有低的安全性。例如，当锂二次电池被过充电至大约4.5V以上时，正极活性材料发生分解，在负极出现锂金属的枝晶生长，并且电解液发生分解。这种过程涉及热，因此上述分解反应和各种副反应迅速进行，这最终导致电池的燃烧和爆炸。
因此，为了解决这些问题，一般的圆筒形电池在电极组件120与顶盖140之间的空间中包含电流中断装置(CID)和安全通气口。在这方面，CID和安全通气口用于在电池异常运行时中断电流并降低电池的内部压力。
特别地，参考图2，顶盖10形成突出物形式的正极端子并具有穿孔的通气口。在顶盖10之下依次设置：正温度系数(PTC)元件20，其设置在顶盖10下方并大大增加电池电阻，从而当电池内部温度增加时中断电流；安全通气口30，其在正常状态下向下方突出并随着电池内部压力增加向上方突出而最终破裂，从而安全排出气体；和连接板50，其顶部的一侧连接到安全通气口30且其底部的另一侧连接到电极组件的正极40。
因此，在正常运行下，电极组件的正极40通过引线42、连接板50、安全通气口30和PTC元件20连接至顶盖10，以供电。
然而，用于电动工具的二次电池与在不同环境下使用的其他电池相比是在不良环境下运行，因此最重要的是通过减小电池的内部电阻而使热产生最小化。为了解决这些问题，通常使用增大正极引线的尺寸或使用两个负极引线的方法。
特别地，现有的负极引线由单一材料如镍制成并具有单一尺寸。此外，可使用电阻比镍低的材料如铜作为负极引线，但其并不适合，因为难以确保焊接到电极箔或罐的加工性。
因此，迫切需要开发一种用于二次电池的技术，其可以从根本上解决这些问题并在二次电池使用时减少电阻和热产生。
发明内容
技术问题
本发明旨在解决相关领域的前述问题并实现长期以来一直寻求的技术目标。
本发明的发明人证实，当连接至正极未涂覆部的正极引线和连接至负极未涂覆部的负极引线中的至少一个包含用于与电极未涂覆部和/或电池壳结合的第一金属层和具有比所述第一金属层更低的电阻的第二金属层并且其中所述第一金属层和所述第二金属层彼此结合时，可在二次电池使用时通过具有相对低电阻的第二金属层来降低电阻和热产生，由此完成了本发明。
此外，本发明的发明人开发了一种由下述特定材料制成的电极引线，并且证实，当使用这种电极引线制造二次电池时，所制造的二次电池具有低电阻特性和优异的制造加工性如与电极组件的焊接等，从而完成了本发明。
技术方案
根据本发明的一个方面，提供一种二次电池，其中在电池壳中容纳有卷型电极组件(“卷状物”)和电解质，在所述电极组件中卷绕有：正极，其包含在正极集电器的至少一个表面上的正极活性材料涂覆部；负极，其包含在负极集电器的至少一个表面上的负极活性材料涂覆部；和隔膜，其插入在所述正极与所述负极之间，并且
连接至正极未涂覆部的正极引线和连接至负极未涂覆部的负极引线中的至少一个包含用于与电极未涂覆部结合和/或与所述电池壳结合的第一金属层和具有比所述第一金属层更低的电阻的第二金属层，其中所述第一金属层和所述第二金属层彼此结合。
因此，在根据本发明的二次电池中，由于连接至正极未涂覆部的正极引线和连接至负极未涂覆部的负极引线中的至少一个包含用于与电极未涂覆部结合和/或与电池壳结合的第一金属层和具有比所述第一金属层相对更低的电阻的第二金属层并且其中所述第一金属层和所述第二金属层彼此结合，所以通过具有相对高电阻的第一金属层而确保正极或负极引线与电极未涂覆部和/或电池壳之间的预定结合强度并且通过具有相对低电阻的第二金属层而降低正极引线和/或负极引线的电阻，由此可降低在二次电池使用期间在电极引线处产生的电阻和热产生。
电池壳根据其形状可分成圆筒形罐、矩形罐或袋型壳。在这方面，圆筒形罐可用作电池壳以制造具有相对高的容量和结构稳定性的圆筒形电池。
在一个示例性实施方式中，第一金属层可通过焊接结合至电极未涂覆部或电池壳。例如，焊接过程可为电阻焊接，并且在电阻焊接中，第一金属层的相对高电阻对于电极未涂覆部或电池壳提供高结合强度。
第二金属层的电阻可为第一金属层的电阻的10％～70％。
特别地，当第二金属层的电阻小于第一金属层的电阻的10％时，难以实现本发明的期望效果。另一方面，当第二金属层的电阻超过第一金属层的电阻的70％时，可能由于第一金属层与第二金属层之间的电阻差异大而使二次电池的性能劣化。
例如，包含第一金属层和与其结合的第二金属层的电极引线可具有介于2.0mΩ与5.0mΩ之间的总电阻，并且电阻值为包含具有相同横断面的单一金属层(例如，由用于形成第一金属层的材料组成)的电极引线的电阻(即，约7.5mΩ)的约50％。
第一金属层与第二金属层之间的结合可使用能够容易实现两者之间的结合的任何结合方法如异质材料结合来进行。异质材料结合的实例包括热熔合、轧制、化学粘附、激光焊接、点焊、镀敷或涂覆。特别地，就制造加工性来说可使用轧制。
此外，第一金属层和第二金属层可以各种方式彼此结合。
在一个示例性实施方式中，第一金属层和第二金属层可彼此垂直结合。
在另一个示例性实施方式中，第一金属层可结合至第二金属层的相反侧表面。
一般来说，正极引线由铝(Al)或Al合金形成，且负极引线主要由镍(Ni)或Ni合金形成。然而，由于Ni的高电阻，当对二次电池进行充电/放电时，由Ni或Ni合金形成的负极引线导致产生大量热。此外，负极板与负极引线之间的焊接部分以及电池壳与负极引线之间的焊接部分为异质金属彼此粘附的部分，因此焊接不容易实施，并且此外在充电/放电期间可能由于二次电池的高内部电阻而造成热产生，这导致高温短路并最终造成二次电池爆炸。
关于此，在一个示例性实施方式中，正极引线和/或负极引线可包含Ni或Al层作为第一金属层并包含铜(Cu)或银(Ag)层作为第二金属层。通过使用具有相对低电阻的第二金属层，可从根本上解决现有问题，即如常规的正极或负极引线中的由于电阻增加而导致的热产生。
此外，根据期望电阻的量，正极引线和/或负极引线可选自Ni层和Cu层的组合、Ni层和Ag层的组合、Al层和Cu层的组合以及Al层和Ag层的组合。
正极或负极引线可基于其厚度包含5％～95％Cu和95％～5％Ni。优选地，正极或负极引线可基于其厚度包含50％Cu和50％Ni。
例如，当Ni层的厚度基于正极或负极引线的总厚度为5％时，Cu层可具有基于正极或负极引线的总厚度为95％的厚度。另一方面，当Ni层的厚度基于正极或负极引线的总厚度为95％时，Cu层可具有基于正极或负极引线的总厚度为5％的厚度。在这方面，当Ni层具有基于正极或负极引线的总厚度小于5％的厚度时，正极或负极引线难以对电极未涂覆部、电池壳等具有期望的结合强度。另一方面，当Cu层具有基于正极或负极引线的总厚度小于5％的厚度时，难以预料期望的电阻降低效果。
此外，当Ni层或Cu层的厚度基于正极或负极引线的总厚度超过95％时，可能不会获得期望的效果。
在一个具体实施方式中，正极引线或负极引线可具有0.05mm～0.15mm的厚度。
此外，第一金属层可具有与第二金属层相同的厚度，或第一金属层可具有与第二金属层相同的宽度，但本发明的实施方式不限于此。
本发明还通过在正极活性材料未涂覆部和负极活性材料涂覆部彼此面对的位置将绝缘带连接至正极活性材料涂覆部的边界部分而提供一种具有电绝缘性能和增强的安全性的二次电池。
在一个示例性实施方式中，所述二次电池可具有如下结构：正极的卷绕起始部在正极集电器的上侧和下侧具有正极活性材料涂覆部并由此不包含正极未涂覆部，仅正极的卷绕终止部在安装正极引线处包含正极未涂覆部，以及
在位于正极的卷绕终止部并面对负极的正极活性材料涂覆部的边界表面处设置有绝缘带。
在另一个实施方式中，二次电池可具有如下结构：正极的卷绕起始部具有形成于正极集电器的上侧和下侧的正极活性材料涂覆部并由此不具有正极未涂覆部，仅正极的卷绕终止部在安装正极引线处具有正极未涂覆部，正极活性材料涂覆部进一步形成于正极未涂覆部的端部的至少一个表面，并且在位于正极的卷绕终止部并面对负极的正极活性材料涂覆部的边界表面处设置有绝缘带。
绝缘带的材料不受特别限制，只要这种材料具有优异的绝缘性能即可并且可为例如在高达200℃的温度下不会热收缩的材料。此外，如果绝缘带由在一定程度上热收缩的材料制成，则可以解决设置在电极之间的隔膜中产生的问题。
绝缘带可为选自聚酰亚胺带、醋酸酯带、玻璃布带、聚酯带、聚苯硫化物(PPS)带和聚丙烯带中的至少一种。特别地，聚对苯二甲酸乙二醇酯膜可用作绝缘带。
此外，绝缘带可具有10μm～100μm的厚度。
同时，可使用各种方法进行第一金属层与第二金属层之间的结合。
在一个实施方式中，第一金属层和第二金属层可以彼此预结合的状态结合至电极未涂覆部，并且就制造加工性来说，这种结合可以是期望的。
在另一个实施方式中，第一金属层和第二金属层可在被结合至电极未涂覆部的过程中彼此结合。
本发明还提供一种二次电池，其中在电池壳中容纳有卷型电极组件(“卷状物”)和电解质，在所述电极组件中卷绕有：正极，其包含在正极集电器的至少一个表面上的正极活性材料涂覆部；负极，其包含在负极集电器的至少一个表面上的负极活性材料涂覆部；和隔膜，其设置在所述正极与所述负极之间，并且电极引线通过焊接结合至所述正极集电器或所述负极集电器，所述电极引线包含Cu与Ni的合金，其中Cu的量为80％以上(基于总元素含量)。
一般来说，合金是通过将一种或多种其他元素添加至特定金属元素中而获得的复合金属。在根据本发明的二次电池中，由于电极引线由包含Cu作为主要成分且包含Ni作为次要成分的合金组成，所以一起显示两种异质元素的不同性质，由此可获得低电阻和优异的制造加工性两者。
当电极引线仅由具有低电阻的Cu制成时，可获得期望的电阻降低效果，但是如上所述，难以通过焊接对电极组件的电极板提供优异的结合强度。
相比之下，根据本发明的二次电池的电极引线包含80％以上的具有极低电阻的Cu，由此在充电和放电期间可以增强二次电池的运行性能。此外，所述电极引线包含少量的Ni，由此当通过超声焊接等结合至正极集电器或负极集电器时提供优异的结合强度。
从下文将描述的实验结果可见，可以证实根据本发明的二次电池的电极引线具有与常规电极引线类似的焊接结合强度并显示电阻降低效果，即降低10％～50％。
如上所述，基于元素的总摩尔量，电极引线中Cu的量为80％以上。当Cu的量小于80％时，难以获得期望的低电阻性能。
在一个示例性实施方式中，合金中Cu的量可介于80％与99.9％之间并且合金中Ni的量可介于0.1％与20％之间。
如本发明的发明人通过实验证实的，当Ni的量小于0.1％时，在进行超声焊接时Ni的结合强度基本上低于Cu的结合强度。另一方面，当Ni的量超过20％时，电阻急剧增大。在一个优选的实施方式中，Cu的量可介于90％与99％之间并且Ni的量可介于1％与10％之间。
在一些实施方式中，所述合金可进一步包含除Cu和Ni之外的异质元素，并且这种异质元素可为选自锡(Sn)和硅(Si)的至少一种。
Sn具有比Ni高的强度和比Ni低的电阻，且Si是也具有比Ni高的强度的半导体，由此其电阻随着温度升高而降低。因此，Sn和Si适用于二次电池中。
基于合金总量，异质元素的量可为0.1％～10％。在这种情况下，合金中Cu的量可介于80％与99.8％之间，合金中Ni的量可介于0.1％与10％之间，并且异质元素的量可介于0.1％与10％之间。
电极引线根据所述电极引线结合的集电器的类型而分成正极引线和负极引线，并且根据本发明的电极引线可为正极引线或负极引线。根据下文描述的实验结果，可以证实当进行超声焊接时，由合金制成的电极引线对于正极集电器和负极集电器各自都显示优异的结合强度。
结合至正极集电器的电极引线和结合至负极集电器的电极引线可具有相同的尺寸。
正极集电器一般被制造成3～500μm的厚度。正极集电器不受特别限制，只要其在所制造的锂二次电池中不引起化学变化并具有导电性即可。例如，正极集电器可以由不锈钢，铝，镍，钛，烧结碳，用碳、镍、钛、银等表面处理过的铝或不锈钢等制成。正极集电器可以在其表面处具有细小的不规则以增加正极活性材料与正极集电器之间的粘附力。此外，正极集电器可以以包括膜、片、箔、网、多孔结构、泡沫及无纺布的各种形式使用。
负极集电器典型地被制造成3～500μm的厚度。负极集电器不受特别限制，只要其在所制造的二次电池中不引起化学变化并具有高导电性即可。例如，负极集电器可以由铜，不锈钢，铝，镍，钛，烧结碳，用碳、镍、钛或银表面处理过的铜或不锈钢，铝-镉合金等制成。如在正极集电器中一样，负极集电器也可以在其表面处具有细小的不规则以增强负极集电器与负极活性材料之间的粘附力。此外，负极集电器可以以包括膜、片、箔、网、多孔结构、泡沫及无纺布的各种形式使用。
根据本发明的二次电池具有如下结构：正极和负极通过隔膜彼此电隔离，正极和负极各自的集电器结合至电极引线，并且这种结构浸渗有含锂盐的非水电解质。
正极包含正极混合物，并且所述正极混合物可包含正极活性材料、导电材料、粘合剂、填料等。
锂二次电池的正极活性材料的实例包括但不限于：层状化合物如锂钴氧化物(LiCoO2)和锂镍氧化物(LiNiO2)，或者被一种或多种过渡金属置换的所述化合物；具有式Li1+xMn2-xO4(0≤x≤0.33)的锂锰氧化物如LiMnO3、LiMn2O3和LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物如LiV3O8、LiV3O4、V2O5和Cu2V2O7；具有式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，并且0.01≤x≤0.3)的Ni位点型锂镍氧化物，；式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，并且0.01≤x≤0.1)或式Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)的锂锰复合氧化物；其中一些Li原子被碱土金属离子置换的LiMn2O4；二硫化物化合物；以及Fe2(MoO4)3。
基于包含正极活性材料的混合物的总重量，导电材料典型地以1～30重量％的量添加。导电材料不受特别限制，只要其具有导电性并且在所制造的电池中不引起化学变化即可。导电材料的实例包括石墨如天然或人造石墨；炭黑如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑；导电纤维如碳纤维和金属纤维；金属粉末如氟化碳粉末、铝粉末和镍粉末；导电晶须如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物如二氧化钛；以及聚亚苯基衍生物。
粘合剂是辅助活性材料与导电材料之间的粘合以及活性材料与正极集电器的粘合的成分。基于包含正极活性材料的混合物的总重量，粘合剂典型地以1～30重量％的量添加。粘合剂的实例包括但不限于：聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯丁二烯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
任选使用填料作为抑制正极膨胀的成分。填料不受特别限制，只要其为在所制造的电池中不引起化学变化的纤维状材料即可。填料的实例包括基于烯烃的聚合物如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维状材料如玻璃纤维和碳纤维。
可通过如下制造正极：将通过将利用包含上述化合物的正极混合物与诸如NMP等的溶剂混合而制备的浆料涂覆在正极集电器上并且干燥和轧制经涂覆的正极集电器。
可通过将包含负极活性材料的负极混合物涂覆在负极集电器上并且干燥经涂覆的负极集电器来制造负极，并且根据需要，负极混合物可包含上述成分。
负极材料的实例包括但不限于：碳如硬碳和基于石墨的碳；金属复合氧化物如LixFe2O3(其中0≤x≤1)、LixWO2(其中0≤x≤1)和SnxMe1-xMe'yOz(其中Me：Mn、Fe、Pb或Ge；Me'：Al，B，P，Si，I族、II族和III族元素，或卤素；0<x≤1；1≤y≤3；且1≤z≤8)；锂金属；锂合金；基于硅的合金；基于锡的合金；金属氧化物如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4和Bi2O5；导电聚合物如聚乙炔；以及基于Li-Co-Ni的材料。
隔膜设置于正极与负极之间，并且使用具有高离子渗透性和机械强度的绝缘薄膜作为隔膜。隔膜典型地具有0.01～10μm的孔径和5～300μm的厚度。作为隔膜，使用具有耐化学性和疏水性的由烯烃聚合物如聚丙烯、玻璃纤维或聚乙烯制成的片或无纺布。当使用固体电解质如聚合物作为电解质时，所述固体电解质还可充当隔膜与电解质两者。
含锂盐的非水电解质由非水电解质和锂盐组成。作为非水电解质，可使用非水有机溶剂、有机固体电解质或无机固体电解质。
例如，非水有机溶剂可为非质子性有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四羟基法兰克(tetrahydroxy franc)、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯或丙酸乙酯。
有机固体电解质的实例包括聚乙烯衍生物、聚氧化乙烯衍生物、聚氧化丙烯衍生物、磷酸酯聚合物、聚搅拌赖氨酸(poly agitationlysine)、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯和含有离子解离基团的聚合物。
无机固体电解质的实例包括锂(Li)的氮化物、卤化物和硫酸盐如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH和Li3PO4-Li2S-SiS2。
锂盐为易溶于非水电解质中的材料并且其实例包括LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂和酰亚胺。
此外，为了改善充电/放电特性和阻燃性，可向电解质中添加例如吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、正甘醇二甲醚、六磷酸三酰胺(hexaphosphoric triamide)、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝等。在一些情况下，为了赋予不燃性，电解质可进一步包含含卤素的溶剂如四氯化碳和三氟乙烯。此外，为了改善高温储存特性，电解质可进一步包含二氧化碳气体、碳酸氟代亚乙酯(FEC)、丙烯磺酸内酯(PRS)、碳酸氟代亚丙酯(FPC)等。
同时，通过如下制造卷型电极组件：将电极活性材料等涂覆在用作集电器的金属箔上，干燥并压制经涂覆的金属箔，切割金属箔以获得具有期望的宽度和长度的带形式，使用隔膜将负极与正极隔开，并将所得结构卷成螺旋形式。卷主要用于圆筒形电池中，并且在一些情况下，可以对卷进行压缩以具有板形式并由此应用于矩形电池或袋型电池。
由此，将由合金形成的电极引线连接至卷型电极组件的正极和负极。更特别地，将电极引线结合至其中未涂覆电极活性材料的电极混合物的未涂覆部。
可使用各种方法如电弧焊接、超声焊接、电阻焊接等进行电极引线与集电器的焊接。特别地，超声焊接是在对待焊接的材料施加压力的同时使用通过应用超声波产生的振动的焊接方法，并且进行超声焊接，使得通过由约20KHz的超声波产生的高频振动能将在被压材料之间存在的杂质等除去并且将被焊接的材料之间的间隙降至原子间距离。
根据本发明的电极引线通过焊接、优选超声焊接结合至正极集电器或负极集电器，与其他焊接方法相比，所述超声焊接可更加降低其间结合区域的电阻并由此防止所产生的热损失。
本发明还提供一种包含所述二次电池作为电源的电动工具。
特别地，在引起振动的运行中使用电动工具并且由此用作电动工具的电源的二次电池应具有小的内部电阻。
由于根据本发明的二次电池包含电阻比常规二次电池的电极引线更低的电极引线，所以所述二次电池适用于电动工具中。
附图说明
图1是一般圆筒形电池的纵断面透视图；
图2是图1的局部断面透视图；
图3是根据本发明的一个实施方式的卷型电极组件在其卷绕前的局部水平断面图；
图4是图3的正极引线和负极引线的透视图；
图5是根据本发明的另一个实施方式的正极引线和负极引线的透视图；以及
图6和图7是根据本发明的其他实施方式的卷型电极组件在其卷绕前的局部水平断面图。
具体实施方式
现在将参考附图更详细地描述本发明的实施方式。这些实施方式仅出于说明性目的提供，而不应被解释为限制本发明的范围和主旨。
图3是根据本发明的一个实施方式的卷型电极组件200在其卷绕前的局部水平断面图。图4是图3的正极引线和负极引线的透视图。
参考图3和图4，圆筒形电池具有如下结构：在圆筒形罐(未示出)中容纳有卷型电极组件200和电解质，在所述卷型电极组件200中卷绕有：正极152，其包含在正极集电器151的相反表面上的正极活性材料涂覆部；负极154，其包含在负极集电器153的相反表面上的负极活性材料涂覆部156；和隔膜142，其插入在所述正极与所述负极之间。
此外，结合至正极未涂覆部158的正极引线114包含用于与正极未涂覆部158结合的第一金属层1142和具有比第一金属层1142相对更低的电阻的第二金属层1144，其中第一金属层1142和第二金属层1144通过轧制彼此垂直结合。结合至负极未涂覆部157的负极引线112包含用于与负极未涂覆部157结合的第一金属层1122和具有比第一金属层1122相对更低的电阻的第二金属层1124。
负极引线112的第一金属层1122通过电阻焊接结合至负极未涂覆部157，并且第二金属层1124的电阻为第一金属层1122的电阻的约50％。
此外，正极引线114的第一金属层1142通过电阻焊接结合至正极未涂覆部158，并且第二金属层1144的电阻为第一金属层1142的电阻的约50％。
此外，正极引线114和负极引线112各自基于其厚度由50％Cu和50％Ni组成，并且第一金属层1142具有与第二金属层1144相同的厚度且第一金属层1122具有与第二金属层1124相同的厚度。
此外，第一金属层1142具有与第二金属层1144相同的宽度，第一金属层1122具有与第二金属层1124相同的宽度，第一金属层1142和1122为Ni层或Al层，并且第二金属层1144和1124为Cu层或Ag层。
此外，第一金属层1142和第二金属层1144以彼此预结合的状态结合至正极未涂覆部114，并且第一金属层1122和第二金属层1124以彼此预结合的状态结合至负极未涂覆部112。
如上所述，图4中所示的结构仅为说明性目的而提供，由此可使用包含第一金属层(a)-第二金属层(b)-第一金属层(c)的多层结构等。此外，在这种结构中，第一金属层(a)和第一金属层(c)可具有不同的成分、厚度、宽度等。
图5是根据本发明的另一个实施方式的正极引线114a和负极引线112a的透视图。
参考图5，正极引线114a具有其中第一金属层1142a分别结合至第二金属层1144a的相反侧表面的结构，并且负极引线112a具有其中第一金属层1122a分别结合至第二金属层1124a的相反侧表面的结构。
此外，第一金属层1142a具有与第二金属层1144a相同的厚度和宽度，并且第一金属层1122a具有与第二金属层1124a相同的厚度和宽度。
图6和图7是根据本发明的其他实施方式的卷型电极组件200a和200b在其卷绕前的局部水平断面图。
参考图6，在卷型电极组件200a中，正极252的卷绕起始部在正极集电器258的上表面和下表面上具有正极活性材料涂覆部220a和220b并由此不包含正极未涂覆部，并且仅正极252的卷绕终止部包含用于安装正极引线214的正极未涂覆部258'。
此外，绝缘带216a和216b位于正极252的卷绕终止部并且连接至面对负极254的各正极活性材料涂覆部220a的边界表面。
负极254在负极集电器256的相反表面上包含负极活性材料涂覆部240a和240b，并且负极集电器256的卷绕终止部包含未被负极活性材料涂覆的负极未涂覆部256'。在这方面，用于连接至外部端子的负极引线212连接至负极未涂覆部256'。
此外，隔膜242a和242b被配置为延伸超过负极254的端部，由此即使隔膜242a和242b收缩，负极254也被阻断。
在负极集电器256的上表面上的作为卷绕终止部的负极活性材料涂覆部240a以其间设置有隔膜242a的方式接触安装正极引线214的正极集电器258的下表面上的正极活性材料涂覆部220b的边界表面。在这方面，绝缘带216b进一步连接至正极活性材料涂覆部220b的边界表面，由此防止了负极活性材料涂覆部240a与未被正极活性材料涂覆的正极未涂覆部258'之间的短路。
此外，在负极集电器256的下表面上的作为卷绕终止部的负极活性材料涂覆部240b以其间设置有隔膜242b的方式接触安装正极引线214的正极集电器258的上表面上的正极活性材料涂覆部220a的边界表面。在这方面，绝缘带216a进一步连接至正极活性材料涂覆部220a的边界表面，从而不接触正极集电器258的正极未涂覆部258'。
参考图7，在卷型电极组件200b中，正极252的卷绕起始部在正极集电器258的上表面和下表面上具有正极活性材料涂覆部219c和219d并由此不包含正极未涂覆部，并且仅正极252的卷绕终止部包含用于安装正极引线214的正极未涂覆部。
此外，正极活性材料涂覆部217a和217b形成于正极未涂覆部的端部的相反表面上，并且第二绝缘带219a连接至正极活性材料涂覆部217a的上表面并且第二绝缘带219b连接至正极活性材料涂覆部217b的下表面。
此外，第一绝缘带216a和216b在正极252的卷绕终止部处分别连接至面对负极254的各正极活性材料涂覆部219c和219d的边界表面。
下文中，将参考下列实施例更详细地描述本发明的实施方式。这些实施例仅出于说明性目的而提供，而不应被解释为限制本发明的范围和主旨。
<实施例1>
制造了由96％Cu(基于总元素含量)、3％Ni和1％Sn组成的合金的负极引线，并制备了由Al制成的正极引线。将所述正极引线和负极引线分别通过超声焊接结合至正极和负极的未涂覆部，将正极、负极和设置在其间的隔膜卷绕以形成卷，将所得结构插入由不锈钢制成的圆筒形罐中，并且向其中注入电解质，从而完成了电池单元的制造。
<实施例2>
以与实施例1中相同的方式制造电池单元，不同之处在于制造了由89％Cu、10％Ni和1％Sn组成的合金的负极引线。
<比较例1>
以与实施例1中相同的方式制造电池单元，不同之处在于制造了由99％Ni和1％Sn组成的合金的负极引线。
<实验例1>
首先，测量根据实施例1和2以及比较例1制造的电池单元各自的负极引线的电阻和强度。作为测量结果，证实了实施例1和2的电池单元的负极引线与比较例1的电池单元的负极引线具有类似的结合强度并显示电阻降低效果，即电阻降低约10％～约50％。
此外，对在100次充电/放电循环后实施例1和2以及比较例1的电池单元的性能进行测试。作为测试结果，证实了实施例1和2的电池单元具有大约10％以上的性能改善。
本领域技术人员可以以上述内容为基础，在本发明的范围内进行各种应用和变化。
工业实用性
如上所述，在根据本发明的二次电池中，结合至正极未涂覆部的正极引线和结合至负极未涂覆部的负极引线中的至少一个包含用于与电极未涂覆部结合和/或与电池壳结合的第一金属层和具有比所述第一金属层相对更低的电阻的第二金属层，其中所述第一金属层和所述第二金属层彼此结合，由此，所述电极引线对电极未涂覆部或电池壳提供预定的结合强度，并且可以显著减少电极引线部分处的电阻和在二次电池使用期间由其产生的热。
此外，二次电池的电极引线由包含Cu、Ni等的合金组成。由此，由于电极引线包含具有低电阻的Cu、显示高结合强度性能的Ni等，所以在充电/放电期间二次电池的运行特性可得到增强并且可提供优异的制造加工性。

Claims (26)

1.一种二次电池，其中在电池壳中容纳有卷型电极组件(“卷状物”)和电解质，在所述卷型电极组件中卷绕有：正极，其包含在正极集电器的至少一个表面上的正极活性材料涂覆部；负极，其包含在负极集电器的至少一个表面上的负极活性材料涂覆部；和隔膜，其插入在所述正极与所述负极之间，并且
结合至正极未涂覆部的正极引线和结合至负极未涂覆部的负极引线中的至少一个包含用于与电极未涂覆部结合和/或与所述电池壳结合的第一金属层和具有比所述第一金属层相对更低的电阻的第二金属层，其中所述第一金属层和所述第二金属层彼此结合。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述电池壳为圆筒形罐。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一金属层通过焊接结合至所述电极未涂覆部或所述电池壳。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第二金属层的电阻为所述第一金属层的电阻的10％～70％。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一金属层和所述第二金属层通过异质材料结合而彼此结合。
6.根据权利要求5所述的二次电池，其中所述异质材料结合为热熔合、轧制、化学粘附、激光焊接、点焊、镀敷或涂覆。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一金属层和所述第二金属层彼此垂直结合。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中第一金属层分别结合至所述第二金属层的相反侧表面。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一金属层为镍(Ni)层或铝(Al)层，且所述第二金属层为铜(Cu)层或银(Ag)层。
10.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述正极引线或所述负极引线基于其厚度包含5％～95％的Cu和95％～5％的Ni。
11.根据权利要求10所述的二次电池，其中所述正极引线或所述负极引线基于其厚度包含50％的Cu和50％的Ni。
12.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述正极引线或所述负极引线具有0.05mm～0.15mm的厚度。
13.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一金属层具有与所述第二金属层相同的厚度。
14.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一金属层具有与所述第二金属层相同的宽度。
15.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述正极的卷绕起始部在所述正极集电器的上表面和下表面上具有正极活性材料涂覆部并由此不包含正极未涂覆部，仅所述正极的卷绕终止部包含用于安装所述正极引线的正极未涂覆部，并且在位于所述正极的所述卷绕终止部并面对所述负极的所述正极活性材料涂覆部的边界表面处设置有绝缘带。
16.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述正极的卷绕起始部在所述正极集电器的上表面和下表面上具有正极活性材料涂覆部并由此不包含正极未涂覆部，仅所述正极的卷绕终止部包含用于安装所述正极引线的正极未涂覆部，正极活性材料涂覆部进一步形成于所述正极未涂覆部的端部的至少一个表面上，并且在位于所述正极的所述卷绕终止部并面对所述负极的所述正极活性材料涂覆部的边界表面处设置有绝缘带。
17.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一金属层和所述第二金属层以彼此预结合的状态结合至所述电极未涂覆部。
18.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述第一金属层和所述第二金属层在结合至所述电极未涂覆部的过程中彼此结合。
19.一种二次电池，其中在电池壳中容纳有卷型电极组件(“卷状物”)和电解质，在所述卷型电极组件中卷绕有：正极，其包含在正极集电器的至少一个表面上的正极活性材料涂覆部；负极，其包含在负极集电器的至少一个表面上的负极活性材料涂覆部；和隔膜，其设置在所述正极与所述负极之间，并且
电极引线通过焊接结合至所述正极集电器或所述负极集电器，所述电极引线包含含Cu与Ni的合金，其中基于总元素含量，Cu的量为80％以上。
20.根据权利要求19所述的二次电池，其中所述合金包含80％～99.9％的Cu和0.1％～20％的Ni。
21.根据权利要求19所述的二次电池，其中所述合金进一步包含选自锡(Sn)和硅(Si)中的至少一种异质元素。
22.根据权利要求21所述的二次电池，其中基于所述合金的总量，所述异质元素的量介于0.1％与10％之间。
23.根据权利要求21所述的二次电池，其中所述合金包含80％～99.8％的Cu、0.1％～10％的Ni和0.1％～10％的所述异质元素。
24.根据权利要求19所述的二次电池，其中结合至所述正极集电器的所述电极引线和结合至所述负极集电器的所述电极引线具有相同的尺寸。
25.根据权利要求19所述的二次电池，其中所述电极引线通过超声焊接结合至所述正极集电器或所述负极集电器。
26.一种电动工具，其包含权利要求1或19的二次电池作为电源。
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