CN104103804B - 电极、可充电电池和制造电极的方法 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个方面，一种用于可充电电池的电极，应用于可充电电池的正电极或负电极，其中该电极可以包括薄板形状的集电器和涂覆在集电器上的活性材料层，激光处理过的毛刺形成在集电器的侧端上。

Description

电极、可充电电池和制造电极的方法

技术领域

所描述的技术总体涉及用于可充电电池的电极、可充电电池和制造该电极的方法，更具体涉及电极、可充电电池和制造该电极的方法，其中该电极的切割表面的结构得到改善。

背景技术

不同于一次电池，可充电电池是可充电且可放电的电池。小容量的可充电电池被用于小型的便携式电子装置，诸如移动电话、笔记本计算机、可携式摄像机等，而大容量的可充电电池被用作用于混合动力车辆等的驱动电机的电源。

近来，已开发了使用无水电解液并具有高能量密度的高输出和大容量可充电电池，多个上述高输出的可充电电池串联或并联连接而构成高输出、大容量的电池模块。

通常，可充电电池包括电极组件，该电极组件具有正电极、负电极和插设在正电极与负电极之间的分隔物。正电极和负电极具有其中在由金属制成的集电器上涂覆活性材料的结构，集电器具有其上涂覆活性材料的涂覆部分和其上没有涂覆活性材料的未涂覆部分。

为了便于涂覆活性材料，在将活性材料大面积地涂覆在集电器上之后，集电器被切割并且分离成多个电极。然而，在切割集电器的工艺中，由于集电器没有被均匀地切割，因此在集电器上出现毛刺（burr）。由于毛刺具有细长突起的形状，因此，如果形成在正电极上的毛刺与相邻设置的正电极或负电极接触，则将产生短路。涂覆部分不可能短路，这是因为毛刺被埋入活性材料中，但是未涂覆部分在毛刺穿过分隔物的情况下可能与相邻的电极短路。

在背景技术部分中公开的上述信息仅用于增加对于所描述的技术的背景的理解，因此可包含不构成对于本领域普通技术人员而言在本国已经知道的现有技术的信息。

发明内容

本发明已经解决了上述问题，并且提供电极、可充电电池和制造该电极的方法，其具有避免由于毛刺引起的短路的优点。

示例性实施例提供了一种用于可充电电池的电极，其应用于可充电电池的正电极或负电极，其中电极可以包括薄板形状的集电器和涂覆在集电器上的活性材料层，集电器具有在其侧端上形成的激光处理过的毛刺。

处理过的毛刺的端部可以具有圆弧的横截面，毛刺的长度是毛刺的宽度的0.5至3倍。

电极可以包括其上涂覆活性材料层的涂覆部分和其上没有涂覆活性材料层的未涂覆部分，处理过的毛刺仅位于未涂覆部分上，未处理的粗糙毛刺可以位于涂覆部分上，粗糙毛刺的长度小于活性材料层的厚度。

活性材料层的厚度可以为粗糙毛刺的长度的1.1至2倍，电极可以包括其上涂覆活性材料层的涂覆部分和其上没有涂覆活性材料层的未涂覆部分，处理过的毛刺位于未涂覆部分和涂覆部分上。

另一实施例提供了一种制造用于可充电电池的电极的方法，该方法可以包括以下步骤：在集电器上涂覆和形成活性材料层；利用切割器切割其上形成有活性材料层的集电器；以及通过激光处理形成在集电器的侧端上的毛刺。

在切割集电器的步骤中，可以通过利用两个刀片挤压集电器而切割集电器；在激光处理的步骤中，激光可以照射到与集电器的侧端间隔开的位置。

集电器可以包括其上涂覆活性材料层的涂覆部分和其上没有涂覆活性材料层的未涂覆部分，在激光处理的步骤中，激光仅照射在形成在未涂覆部分上的毛刺。

再一实施例提供了一种可充电电池，该可充电电池可以包括：电极组件，包括第一电极和第二电极；壳体，内置电极组件；以及盖组件，耦接至壳体的开口中，其中第一电极和第二电极的至少之一可以包括薄板形状的集电器和涂覆在集电器上的活性材料层，激光处理过的毛刺形成在集电器的侧端上。

处理过的毛刺的端部可以具有圆弧的横截面，毛刺的长度可以是毛刺的宽度的0.5至3倍。

电极可以包括其上涂覆活性材料层的涂覆部分和其上没有涂覆活性材料层的未涂覆部分，处理过的毛刺仅位于未涂覆部分上，未处理的粗糙毛刺可以位于涂覆部分上，活性材料层的厚度大于粗糙毛刺的长度。

活性材料层的厚度可以为粗糙毛刺的长度的1.1至2倍，电极可以包括其上涂覆活性材料层的涂覆部分和其上没有涂覆活性材料层的未涂覆部分，处理过的毛刺位于未涂覆部分和所述涂覆部分上。

根据示例性实施例，通过激光处理在利用刀片切割的步骤中形成的毛刺而能够避免由毛刺引起的短路。

此外，通过不利用激光而是利用刀片切割电极而能够最小化由激光引起的热的不利效应。

附图说明

图1是示出根据本发明的示例性实施例的电极组件的分解透视图。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的切割电极的工艺的透视图。

图3是示出根据本发明的示例性实施例的处理形成在电极中的毛刺的工艺的透视图。

图4是示出根据本发明的示例性实施例的已处理的毛刺的透视图。

图5是示出根据本发明的示例性实施例的可充电电池的透视图。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的可充电电池的分解透视图。

具体实施方式

在下文，将参照附图更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施例。本领域技术人员将理解，所描述的实施例可以以各种不同的方式修改，其全部没有背离本发明的精神或范围。在通篇说明书和附图中相同的附图标记表示相同的元件。

图1是示出根据本发明的示例性实施例的电极组件的分解透视图。

电极组件10包括正电极（第一电极）11和负电极（第二电极）12、设置在正电极11与负电极12之间的分隔物13。

正电极11包括由薄板形状的金属箔制成的正电极集电器111和形成在正电极集电器111上的正电极活性材料层112，负电极12包括负电极集电器121和形成在负电极集电器121上的负电极活性材料层122。

正电极11制成为长条形状，并且包括正电极涂覆部分11a和设置在正电极11在纵向的一个端部上的正电极未涂覆部分11b，正电极涂覆部分11a是其上涂覆正电极活性材料层112的区域，正电极未涂覆部分11b是其上没有涂覆活性材料的区域。

正电极涂覆部分11a和正电极未涂覆部分11b彼此相邻设置，正电极未涂覆部分11b连接到正电极涂覆部分11a在纵向上的一个端部。然而，本发明并不意欲限定于此，正电极未涂覆部分可以位于正电极涂覆部分的一个侧端上。

负电极12制成为长条形状，并且包括其上涂覆负电极活性材料层122的负电极涂覆部分12a和其上没有涂覆活性材料的负电极未涂覆部分12b。

负电极涂覆部分12a和负电极未涂覆部分12b彼此相邻设置，负电极未涂覆部分12b连接到负电极涂覆部分12a在纵向上的一个端部。然而，本发明并不意欲限定于此，负电极未涂覆部分可以位于负电极涂覆部分的一个侧端上。

在电极组件10中，正电极未涂覆部分11b位于电极组件10在纵向上的一个端部，负电极未涂覆部分12b位于电极组件10在纵向上的另一个端部。换言之，在电极组件10中，正电极未涂覆部分11b和负电极未涂覆部分12b位于电极组件10在纵向上的相反端部。

在作为绝缘体的分隔物13插设在正电极11与负电极12之间之后，它们被卷起而形成果冻卷的形状。然而，本发明并不意欲限定于此，电极组件10可以具有以下结构：包括多个片的正电极和负电极交替堆叠且分隔物插设在其间的结构。

图2是示出根据本发明的示例性实施例的切割电极的工艺的透视图，图3是示出根据本发明的示例性实施例的处理形成在电极中的毛刺的工艺的透视图。

参照图2和图3，根据本示例性实施例的制造电极的方法包括以下步骤：涂覆活性材料以在正电极集电器111上形成正电极活性材料层112；利用切割器30切割其上形成活性材料层112的正电极集电器111；以及通过激光处理形成在正电极集电器111的侧端上的毛刺。

由于正电极11和负电极12通过相同的方法制造，因此在本示例性实施例中将通过对正电极11的说明代替对负电极12的说明。

如图2所示，在涂覆活性材料的步骤中，正电极集电器111的两侧都涂覆有正电极活性材料层112，正电极集电器111形成为具有比形成一个电极组件的集电器更宽的大面积。

在切割步骤中，利用切割器30切割正电极集电器111，切割器30包括两个刀片31和32以在其两侧挤压和切割正电极集电器111。

刀片31和32具有锋利的边缘以在其两侧挤压正电极集电器111和切割集电器。刀片31和32具有锋利的边缘，但是随着切割非常薄的正电极集电器111，在正电极集电器111上出现粗糙毛刺17。

如图3所示，在切割工艺中出现的粗糙毛刺17具有长突起的形状并且弯曲，使得可经过分隔物13而与相邻电极发生短路。

在激光处理的步骤中，激光40照射到粗糙毛刺17，由此熔融粗糙毛刺17，使得粗糙毛刺17转变为处理过的毛刺15。通过熔融粗糙毛刺17而形成的处理过的毛刺15的长度变得短于粗糙毛刺17的长度。在激光处理的步骤中，如果激光照射到与正电极集电器111的侧端间隔开的位置，由此仅处理粗糙毛刺17，则仅熔融粗糙毛刺17，同时最小化热对于正电极集电器111的不利影响。在此情况下，在激光处理的步骤中，激光可照射为仅处理在正电极未涂覆部分11b中形成的粗糙毛刺17。

在利用激光切割集电器的情况下，可避免毛刺的出现，但是集电器可由于激光引起的高温而变形或者形成有皱折。集电器的变形增加了堆叠和设置的电极之间的间隔，导致充电和放电效率的降低。然而，在本示例性实施例中，由于激光仅照射到毛刺，因此可预先避免由于激光的热引起的集电器的变形。

如图4所示，处理过的毛刺15制成为从侧端突出的突起形状，并且端部熔融和固化而制成为比切割的形状更钝化的形状。处理过的毛刺15的侧端可以制成为圆弧的横截面。

在粗糙毛刺17的情况下，随着厚度朝向侧端减小，形成针状的形状。因此，当形成粗糙毛刺17的端部时，粗糙毛刺17穿过分隔物13，使得可经过分隔物13而与相邻的电极容易地发生短路。然而，如果处理过的毛刺15的端部制成为钝化的形状，如在本示例性实施例中，则可避免短路。

此外，处理过的毛刺15的长度H1为毛刺的宽度W1的0.5至3倍。因此，由于处理过的毛刺15的长度足够短，因此可以避免短路的发生。

如果处理过的毛刺15的长度H1小于毛刺的宽度的0.5倍，由于由激光处理的部分与正电极集电器111之间的距离太短，因此激光的热被传递至正电极集电器111，从而产生正电极集电器111变形的问题。此外，如果处理过的毛刺15的长度H1大于毛刺的宽度W1的3倍，处理过的毛刺15会引起短路。

处理过的毛刺15可形成在正电极涂覆部分11a和正电极未涂覆部分11b的两个侧端上，也可以仅形成在正电极未涂覆部分11b的一个侧端上。

如果在正电极涂覆部分11a处没有处理粗糙毛刺17，正电极活性材料层112具有大于未处理的粗糙毛刺17的长度的厚度。结果，在正电极涂覆部分11a的情况下，粗糙毛刺17可被埋入正电极活性材料层112中。正电极活性材料层112的厚度可以是位于正电极涂覆部分11a上并且未处理的毛刺的长度的1.1倍至2倍。如果正电极活性材料层112的厚度小于位于正电极涂覆部分11a上的粗糙毛刺17的长度的1.1倍，粗糙毛刺17可引起粗糙毛刺17从正电极活性材料层112的外侧突出的短路风险。此外，如果正电极活性材料层112的厚度大于位于正电极涂覆部分11a上的粗糙毛刺17的长度的2倍，正电极活性材料层112的厚度过度地增大，因此存在每单位体积上能量密度会劣化的问题。

结果，如果正电极活性材料层112的厚度形成为大于粗糙毛刺17的长度，即使粗糙毛刺17已经形成，由于相对于正电极未涂覆部分11b是相对安全的，因此可通过由激光选择性地仅照射正电极未涂覆部分11b而处理毛刺。

图5是示出根据本发明的示例性实施例的可充电电池的透视图，图6是示出根据本发明的示例性实施例的可充电电池的分解透视图。

参照图5和图6，根据本示例性实施例的可充电电池100包括电极组件10、盖组件20以及接合至盖组件20的壳体60。在下文，将作为示例来描述矩形类型的电池，但是本发明不限于此，并且可应用于各种类型的电池，诸如圆柱形电池、锂聚合物电池等。

正电极片36被固定和安装至正电极11，负电极片37被固定和安装至负电极12。盖组件20设置有电路板21、第一引线片22和第二引线片23。盖组件20耦接至壳体60的开口，并且连接至电极组件10以控制电极组件10的操作。

第一引线片22由诸如镍的导电材料制成，并且电连接至电路板21。第一引线片22将电路板21电连接至电极组件10，并且安装在电路板21的第一表面的中心部分上。第一引线片22通过焊接而与电极组件10的正电极片36连接。

第二引线片23位于电路板21在纵向上的一个端部上，以将电路板21电连接至电极组件10。第二引线片23由诸如镍的导电材料制成，并且通过焊接而连接至负电极片37。

电路板21由沿着一个方向延伸的矩形薄板制成，作为印刷电路板。保护电路元件被安装在电路板21上。保护电路元件包括控制IC、充电和放电开关等。围绕保护电路元件的模制部分形成在电路板21的下部上。

此外，外部端子21a安装在电路板21上以电连接至外部负载或者充电器。此外，电路板21形成有用于注入电解质溶液的电解质注入开口，电解质注入开口安装有密封塞28以密封电解质注入开口。

盖组件20的边缘形成有沿着电路板21的周围方向（circumference direction）延伸的接合部分25。电路板21制成为矩形板形状，因此接合部分25从电路板21的侧端向外突出以大致形成矩形环形状。接合部分25连接至形成在壳体60中的开口61以密封壳体60。

虽然已经结合目前认为可行的示例性实施例描述了本发明，但是将理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖随附权利要求的精神和范围之内包含的各种修改和等同布置。

<附图标记的说明>

10：电极组件 11：正电极

111：正电极集电器

112：正电极活性材料层

11a：正电极涂覆部分

11b：正电极未涂覆部分 12：负电极

121：负电极集电器

122：负电极活性材料层

12a：负电极涂覆部分

12b：负电极未涂覆部分

13：分隔物 15：处理过的毛刺

17：粗糙毛刺 20：盖组件

21：电路板 22：第一引线片

23：第二引线片 25：接合部分

60：壳体 30：切割器

31、32：刀片 40：激光

100：可充电电池

Claims (13)

1.一种用于可充电电池的电极，应用于所述可充电电池的正电极或负电极，其中

所述电极包括薄板形状的集电器和涂覆在所述集电器上的活性材料层，所述集电器具有在其侧端上形成的激光处理过的毛刺，

其中所述电极包括其上涂覆活性材料层的涂覆部分和其上没有涂覆所述活性材料层的未涂覆部分，所述处理过的毛刺仅位于所述未涂覆部分上。

2.根据权利要求1所述的电极，其中所述处理过的毛刺的端部具有圆弧的横截面。

3.根据权利要求2所述的电极，其中所述处理过的毛刺的长度是其宽度的0.5至3倍。

4.根据权利要求3所述的电极，其中未处理的粗糙毛刺位于所述涂覆部分上，所述粗糙毛刺的长度小于所述活性材料层的厚度。

5.根据权利要求4所述的电极，其中所述活性材料层的厚度为所述粗糙毛刺的长度的1.1至2倍。

6.一种制造用于可充电电池的电极的方法，包括以下步骤：

在集电器上涂覆和形成活性材料层；

利用切割器切割其上形成有所述活性材料层的所述集电器；以及

通过激光处理形成在所述集电器的侧端上的毛刺，

其中，所述集电器包括其上涂覆活性材料层的涂覆部分和其上没有涂覆所述活性材料层的未涂覆部分，在所述激光处理步骤中，所述激光仅照射到形成在所述未涂覆部分上的毛刺。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，在切割步骤中，通过利用两个刀片挤压所述集电器而切割所述集电器。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，在激光处理步骤中，激光照射到与所述集电器的侧端间隔开的位置。

9.一种可充电电池，包括：

电极组件，包括第一电极和第二电极；

壳体，内置所述电极组件；以及

盖组件，耦接至所述壳体的开口中，其中

所述第一电极和所述第二电极的至少之一包括薄板形状的集电器和涂覆在所述集电器上的活性材料层，激光处理过的毛刺形成在所述集电器的侧端上，

其中所述第一电极和所述第二电极的所述至少之一包括其上涂覆活性材料层的涂覆部分和其上没有涂覆所述活性材料层的未涂覆部分，所述处理过的毛刺仅位于所述未涂覆部分上。

10.根据权利要求9所述的可充电电池，其中所述处理过的毛刺的端部具有圆弧的横截面。

11.根据权利要求10所述的可充电电池，其中所述处理过的毛刺的长度是其宽度的0.5至3倍。

12.根据权利要求9所述的可充电电池，其中未处理的粗糙毛刺位于所述涂覆部分上，所述活性材料层的厚度大于所述粗糙毛刺的长度。

13.根据权利要求12所述的可充电电池，其中所述活性材料层的厚度为所述粗糙毛刺的长度的1.1至2倍。