CN110024203B - 电极组件和包括该电极组件的可再充电电池 - Google Patents

电极组件和包括该电极组件的可再充电电池 Download PDF

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Abstract

本发明的示例性实施方式提供了一种螺旋卷绕电极组件，包括：负电极和正电极，其每一个被配置为包括基板以及形成在基板的相对表面上的第一复合材料和第二复合材料；以及设置在负电极和正电极之间的隔板，其中负电极的第一复合材料比负电极的第二复合材料远离电极组件的中心设置，并且负电极的第一复合材料相对于负电极的基板的第一表面取向。

Description

电极组件和包括该电极组件的可再充电电池
技术领域
本发明涉及电极组件，更具体地，涉及用于可再充电电池的电极组件和包括该组件的可再充电电池。
背景技术
可再充电锂电池最近作为便携式电子设备的电源而引起注意，可再充电锂电池通过使用有机电解质溶液而具有的放电电压是使用碱性水溶液的传统电池的两倍高，从而产生高能量密度。
可再充电电池可以包括其中负电极、隔板和正电极重复堆叠的电极组件，或通过堆叠负电极、隔板和正电极然后将其卷绕形成的胶卷形电极组件。因为胶卷形电极组件重复形成负电极、隔板和正电极，由于电极组件的中心到外边缘的圆周不同，会发生不均匀的反应。
同样地，正电极和负电极之间的反应不均匀地发生，并且由于诸如过充电或过电压的现象，可再充电电池的循环寿命可部分地减少。
发明内容
技术问题
已经做出本发明的示例性实施方式为了提供电极组件和可再充电电池，通过使可再充电电池中的反应均匀发生，能够延长可再充电电池的循环寿命。
技术方案
本发明的一个示例性实施方式提供了一种螺旋卷绕电极组件，包括：负电极和正电极，其每一个被配置为包括基板以及形成在基板的相对表面上的第一复合材料和第二复合材料；以及设置在负电极和正电极之间的隔板，其中负电极的第一复合材料比负电极的第二复合材料远离电极组件的中心设置，并且负电极的第一复合材料相对于负电极的基板的第一表面取向。
正电极的第一复合材料可以相对于正电极的第二复合材料靠近电极组件的中心设置。
负电极的第一复合材料和正电极的第一复合材料可以设置在彼此相对的侧面处，其间插入隔板，并且负电极的第一复合材料可以相对于正电极的第一复合材料邻近电极组件的中心设置。
负电极的第二复合材料和正电极的第二复合材料可以设置在彼此相对的侧面处，其间插入隔板，并且正电极的第二复合材料可以相对于负电极的第二复合材料邻近电极组件的中心设置。
负电极的第一复合材料和第二复合材料可以包含碳类负极活性物质，并且负电极的第一复合材料和第二复合材料可具有由方程式1定义的发散度(DD)。负电极的第一复合材料的DD和第二复合材料的DD之间的差可以是10或更多。在这种情况下，负电极的第一复合材料的DD可以在19至60的范围内(包括19和60)，并且负电极的第二复合材料的DD可以在5至小于19的范围内。
[方程式1]
DD(发散度)＝(Ia/I总)×100
(在方程式1中，Ia表示当使用CuKα线测量XRD时非平面角处的峰强度之和，并且I总表示当使用CuKα线测量XRD时所有角处的峰强度之和)。
碳类负极活性物质可以由人造石墨或人造石墨与天然石墨的混合物形成，并且可以进一步包括Si类材料和Sn类材料或LIMOX类材料(M＝金属)。
电极组件还可以包括中心销，并且电极组件可以绕中心销螺旋卷绕。
本发明的示例性实施方式提供了一种可再充电电池，包括：电极组件；配置为其中容纳电极组件的外壳；以及与电极组件一起容纳在外壳中的电解质溶液。
有益效果
因此，根据本发明的示例性实施方式，可以提供通过使可再充电电池中的反应均匀发生来能够提高可再充电电池的循环寿命的电极组件和可再充电电池。
附图说明
图1图示说明根据本发明的示例性实施方式的可再充电电池的截面图。
图2图示说明图1的电极组件的一部分的截面图。
图3图示说明描述根据本发明的示例性实施方式的负极活性物质的取向的示意图。
具体实施方式
下文将参考附图更全面地描述本发明，其中显示了本发明的示例性实施方式。如本领域技术人员所认识到的，所描述的实施方式可以以各种不同的方式进行修改，全部不脱离本发明的精神或范围。
进一步，因为附图中所示组成元件的尺寸和厚度是为了更好地理解和便于描述而任意给定的，所以本发明不限于图示的尺寸和厚度。
在图纸中，为了清晰起见，对层、膜、板、区域等的厚度进行了夸大。在图中，为了更好地理解和便于描述，一些层和区域的厚度被夸大。应理解，当诸如层、膜、区域或基板的要素被称为在另一要素“上”时，它可以直接在另一要素上，或者也可以存在中间要素。
此外，除非有明确相反的描述，“包括”一词和诸如“包含”或“含有”的变体将被理解为意味着包括所陈述的要素，但不排除任何其他要素。
图1示出根据本发明的示例性实施方式的可再充电电池的截面图，图2示出图1的电极组件的一部分的截面图，图3示出描述根据本发明的示例性实施方式的负极活性物质的取向的示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施方式，可再充电电池包括电极组件10、配置为其中容纳电极组件10的外壳20、耦接到外壳20的开口的顶部组件30(垫圈插入其间并与电极组件10电连接)、提供在盖组件30和电极组件10之间的绝缘板50以及设置在电极组件10的中心处的中心销60。
电极组件10包括依次堆叠的正电极11、隔板12和负电极13。隔板12设置在正电极11和负电极13之间，以使它们彼此绝缘。电极组件10可以是通过堆叠正电极11、隔板12和负电极13并围绕中心销60螺旋卷绕它们而形成的圆柱形胶卷型。
作为隔板12，可使用聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯或其两个或多个的多层，或可以使用混合多层，诸如聚乙烯/聚丙烯的两层隔板、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的三层隔板、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的三层隔板等。
正电极11和负电极13分别包括通过在由金属箔形成的薄板上涂布活性物质形成的电极活性区11a和13a，以及在其上不涂布活性物质而形成的电极未涂布区11b和13b。正电极的电极未涂布区11b和负电极的电极未涂布区3b可设置在电极组件10的相对端部。
具体而言，参考图2，可通过在由金属箔(例如铝)制成的第一基板11ab上涂布由正极活性物质制成的正极复合材料11aa来形成正电极的电极活性区11a。正极复合材料可以包括分别形成在第一基板的相对表面上的第一复合材料11aa1和第二复合材料11aa2。
作为正极活性物质，可使用能够可逆地嵌入和脱嵌锂的化合物(锂化嵌入化合物)。例如，可以使用锂与选自钴、锰、镍及其组合的金属的复合氧化物中的至少一种。在正电极中，相对于正极复合材料的总重量，正极活性物质的含量可以为90wt％至98wt％。
在本发明的示例性实施方式中，正极复合材料11aa可进一步包括粘合剂和导电材料。在这种情况下，相对于正极复合材料的总重量，粘合剂和导电材料的含量可为1wt％至5wt％。
粘合剂用于促进正极活性物质彼此粘附，并促进正极活性物质粘附到集电器上。粘合剂的代表性示例可以包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰纤维素、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含有环氧乙烷的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯化的苯乙烯-丁二烯橡胶、环氧树脂、尼龙等，但本发明不限于此。
导电材料用于将导电性赋予电极，并且可以使用不导致电池中的化学变化的任何导电材料。
负电极的电极活性区13a可通过在由金属箔(诸如铜或镍)制成的第二基板13ab上涂布由活性物质(诸如石墨或碳)制成的负极复合材料13aa而形成。负极复合材料13aa可以包括形成在第二基板13ab的相对侧上的第一复合材料13aa1和第二复合材料13aa2。
负极复合材料13aa可以包括碳类负极活性物质，并且第一复合材料13aa1和第二复合材料13aa2可具有由下方程式1定义的发散度(DD)。第一复合材料的DD可以在19至60的范围内，包括19和60，并且第二复合材料的DD可以在5至小于19的范围内。
[方程式1]
DD(发散度)＝(Ia/I总)×100
在方程式1中，
Ia表示当使用Cukα线测量XRD时非平面角处的峰强度之和，以及
I总表示当使用CuKα线测量XRD时所有角处的峰强度之和。
在这种情况下，当使用Cukα线测量XRD时，非平面角表示2θ＝42.4±0.2°、43.4±0.2°、44.6±0.2°和77.5±0.2°，即(100)面、(101)R面、(101)H面和(110)面。一般来说，石墨分为六角形结构和菱形结构，其根据石墨烯层的堆叠顺序具有ABAB堆叠规律，并且R面表示菱形结构，而H面表示六角形结构。
当使用Cukα线测量XRD时，所有角度表示2θ＝26.5±0.2°、42.4±0.2°、43.4±0.2°、44.6±0.2°、54.7±0.2°和77.5±0.2°，即(002)面、(100)面、(101)R面、(101)H面、(004)面和(110)面。在2θ＝43.4±0.2°处出现的峰可视为对应于碳类材料的(101)R面和对应于集电器(例如，铜)的(111)面的重叠峰。
一般而言，峰强度值表示峰高值或峰的积分面积值，并且根据一个实施方式的峰强度值意味着峰的积分面积值。
在本发明的示例性实施方式中，使用CuKα线作为目标线来进行XRD测量，并且使用单色器装置来提取目标线以提高峰强度分辨率。在这种情况下，测量条件为2θ＝10°至80°，扫描速度(°/S)为0.044至0.089，并且步长(°/步)为0.026。
根据本发明的示例性实施方式，通过对包括负电极的可再充电锂电池进行放电，然后测量通过在完全放电状态下拆卸电池获得的负电极的XRD，得到DD。在这种情况下，充电和放电条件为0.1C至0.2C和1至2次。
对于负电极，当使用Cukα线测量XRD时，负电极的(004)面的峰强度比(即I(004)/I(002))可在0.04或更大的范围内，且包括0.04至0.07。当负电极的I004/I002为0.04或更大时，DC内阻可不增加，倍率特性特别是高倍率特性可得到改善，并且循环寿命特性可得到改善。
根据本发明的示例性实施方式，DD表示负电极的第一复合材料13aa1和第二复合材料13aa2的每种负极活性物质以一定角度取向的程度，并且第一复合材料的第一DD和第二复合材料的第二DD之间的差可为10或更多。在这种情况下，第一复合材料13aa1的DD可以在19至60的范围内(包括19和60)，并且第二复合材料13aa2的DD可以在5至小于19的范围内。例如，当第一复合材料13aa1的DD为19时，第二复合材料13aa2的DD为9或更小，并且当第二复合材料13aa2的DD为18时，第一复合材料13aa1的DD可以为28或更大。
这表明，第一复合材料13aa1的负极活性物质比第二复合材料13aa2的负极活性物质的取向性更强。在这种情况下，对于第二基板13ab，第一复合材料13aa1可以比第二复合材料13aa2更远离电极组件10的中心设置。该值是即使在充电和放电后仍保持的属性值。
因此，如图3所示，负电极的第一复合材料可以通过在第二基板上涂布负极活性物质然后使用磁场来取向。在这种情况下，可通过调整磁场的强度、磁场的暴露时间、负极活性物质组合物的粘度、辊压强度和复合材料的密度来控制取向度。通过将97.5wt％的人造石墨、1.5wt％的苯乙烯-丁二烯橡胶和1wt％的羧甲基纤维素混合在水性溶剂中，制备粘度为2300cp(在该情况下，温度为25℃)的负极活性物质浆料。
然后，将铜箔放置在磁场强度为4000高斯的磁铁上，然后将负极活性物质浆料涂布在铜箔上，并暴露在磁场中9秒。此后，去除磁场，干燥并辊压负极活性物质浆料，从而可以生产DD为39的第一复合材料。另一方面，当将负极活性物质浆料涂布于铜箔上、干燥并随后辊压时，可生产DD为18的第二复合材料。
当在移动负极基板的同时进行涂布工艺时，由磁铁引起的磁场(磁通量)在垂直于负极基板的方向上产生，但是磁场的产生方向取决于涂布速度(负极基板移动的速度)而具有一定的角度作为矢量函数，因此负极活性物质组合物的负极活性物质可以具有相对于负极基板的表面以一定角度竖起的形状，即取向。
此外，当作为本发明的示例性实施方式的负电极的第一复合材料13aa1的DD在19到60(包括19和60)的范围内时，这表明负极活性物质充分取向，以促进锂离子在负电极内的移动，而无需相对于第二基板13ab的一个表面水平放置。因此，与第一复合材料13aa1相比，具有相对较小DD的第二复合材料13aa2比第一复合材料13aa1的取向性更强。在涂布负极活性物质之后，第二复合材料13aa2可以不进行单独的取向工艺。因此，在第二复合材料13aa2中，锂离子的移动可能不顺利地进行，因此DC内阻可能比第一复合材料13aa1大。
再次参考图2，当形成圆形胶卷型时，负电极的第一复合材料13aa1相对于正电极的第一元件11aa1邻近电极组件10的中心布置，因此，根据曲率半径，正电极的面积可能更大，以相对地降低N/P(正电极容量/负电极容量)比，这导致诸如锂沉淀的劣化风险可能增加。
因此，在本发明中，通过增加相对于正电极的第一复合材料11aa1更靠近电极组件10的中心布置的负电极的第一复合材料13aa1的取向度，从而减少离子电阻，可以促进锂离子的移动，因此，可以抑制可由相对低的N/P比引起的诸如锂沉淀的劣化，从而改善可再充电电池的循环寿命以及安全性。
在这种情况下，由于电极组件是通过重复卷绕正电极11、隔板12和负电极13形成的，因此负电极的第一复合材料13aa1和正电极的第一复合材料11aa1可以设置在彼此相对的位置处，在其之间具有隔板12，并且负电极的第一复合材料13aa1可相对于正电极的第一复合材料11aa1邻近电极组件10的中心布置(参见部分A)。负电极的第二复合材料13aa2和正电极的第二复合材料11aa2可以彼此相对地设置，在其之间具有隔板12，在这种情况下，正电极的第二复合材料11aa2可以相对于负电极的第二复合材料13aa2邻近电极组件10的中心布置(参见部分B)。
当可再充电锂电池被充电时，锂离子从正电极释放并嵌入负电极，在这种情况下，当能够接收来自正电极的锂离子的负电极中的位置很小时，出现诸如锂沉淀的问题。该问题是由正电极/负电极的负载水平(L/L)变化和反应过程中电阻的增加引起的。
因此，形成电极组件10使得在典型的可再充电锂电池中，负电极容量大于正电极容量，并且N/P比(其为数值)的值为1.0到1.2。在电极组件10(通过像圆柱形电池一样重复卷绕形成)中，可存在其中负电极容量相对稍稍大于正电极容量的区域A(例如，N/P＝1.05)和其中负电极容量相对显著大于正电极容量的区域B(例如，N/P＝1.10)。这是因为电极组件10是通过重复卷绕形成的，因此负电极和正电极的圆周是不同的，并且在本发明中，它们被设置为使得负电极的第一复合材料13aa1布置在其中负电极容量相对稍稍大于正电极容量的区域A中。
与负电极的第二复合材料13aa2相比，负电极的第一复合材料13aa1以一定的方向取向，因此与负电极的第二复合材料13aa2相比，锂离子在负电极的第一复合材料13aa1中顺利地进行移动，由此降低电阻以增加负电极容量。
负极复合材料的BET比表面积可小于3.0m2/g，或可在0.6m2/g至1.2m2/g的范围内。当负电极材料混合物13aa的BET比表面积小于3.0m2/g时，可改善电池的电化学循环寿命特性。
BET测量是通过如下进行的：对包括负电极的可再充电锂电池进行充电/放电，在完全放电状态下拆卸电池，将由此获得的负电极切割成预定尺寸，将其放置在BET样品架上并用氮气吸附法进行测量。
负电极可具有6mg/cm2至65mg/cm2的单面负载水平(L/L)。
碳类负极活性物质可以由人造石墨或人造石墨和天然石墨的混合物形成。当使用人造石墨或人造石墨和天然石墨的混合物形成的结晶碳类材料作为负极活性物质时，其颗粒的结晶特性可以比非结晶碳类活性物质的颗粒的结晶特性更加改善，从而进一步改善外磁场下电极板内部碳材料的取向性。人造石墨或天然石墨的形式可以是无定形、板状、片状、球形、纤维状或其组合，并且可以是任何形式。当人造石墨与天然石墨混合时，混合比可为70:30至95:5wt％。
此外，负极复合材料还可以包括Si类负极活性物质、Sn类负极活性物质或LiMOx类负极活性物质(M＝金属)中的至少一种作为第二负极活性物质。当负极复合材料进一步包括作为第一负极活性物质的碳类负极活性物质和作为第二负极活性物质的上述负极活性物质时，第一负极活性物质和第二负极活性物质的混合比可以为50:50至99:1wt％。
LiMOx类负极活性物质可以是锂钒氧化物(M＝金属)。
Si类负极活性物质可以是Si、Si-C复合材料、SiOx(0<x<2)或Si-Q合金(Q是选自由碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡金属、稀土元素及其组合组成的组的元素，并且不包括Si)，Sn类负极活性物质可以包括Sn、SnO2和Sn-R合金(R是选自由碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡金属和稀土元素组成的组中的元素，并且不包括Sn)，并且它们中的至少一种可与SnO2混合。元素Q和元素R可以是选自由Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Pb、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Tl、Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po及其组合组成的组中的至少一种元素。
基于负极复合材料的总重量，负极复合材料13aa中负极活性物质的含量可为95％至99wt％。
负极复合材料13aa包括粘合剂，并且可以任选地进一步包括导电材料。基于负极复合材料的总重量，粘合剂在负极复合材料中的含量可为1wt％至5wt％。此外，当进一步包含导电材料时，负极活性物质的使用量可以为90wt％至98wt％，粘合剂的使用量可以为1wt％至5wt％，并且导电材料的使用量可以为1wt％至5wt％。
粘合剂用于促进使负极活性物质颗粒彼此粘附，也促进使负极活性物质粘附到负极基板。作为粘合剂，可使用非水性粘合剂、水性粘合剂或其组合。
非水性粘合剂的实例可以包括聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、包括环氧乙烷的聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺或其组合。
水性粘合剂的实例可以包括苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯化的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、丙烯腈-丁二烯橡胶、丙烯酸橡胶、丁基橡胶、乙烯-丙烯共聚物、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚乙烯吡啶、氯磺化聚乙烯、胶乳、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、丙烯酸酯树脂或其组合。
当水性粘合剂用作负电极粘合剂时，可以进一步包含能够赋予粘性的纤维素类化合物作为增稠剂。作为纤维素类化合物，羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、其碱金属盐等可以组合使用。作为碱金属，可以使用Na、K或Li。基于100重量份的负极活性物质，增稠剂的含量可为0.1重量份至3重量份。
导电材料用于将导电性赋予电极，并且可以使用不导致电池发生化学变化的任何电导性材料。导电材料的实例可以包括碳类材料，诸如天然石墨、人造石墨、碳黑、乙炔黑、科琴黑和碳纤维；金属粉末，诸如铜、镍、铝和银；金属类材料，诸如金属纤维；导电聚合物，诸如聚亚苯基衍生物；和含有其混合物的导电材料。
再次参考图1，电极组件10可与电解质溶液一起容纳在外壳20中，并且电解质溶液包括非水性有机溶剂和锂盐。
非水性有机溶剂用作电池的电化学反应中涉及的离子能够通过其移动的介质。
锂盐溶解在有机溶剂中，用作电池中锂离子的来源，以确保可再充电锂电池的基本操作，并促进锂离子在正电极和负电极之间的移动。锂盐的代表性实例包括选自由以下组成的组中的一种或多种支持性电解质盐：LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2C2F5)2、Li(CF3SO2)2N、LiN(SO3C2F5)2、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中，x和y为自然数，例如，1至20)、LiCl、LiI和LiB(C2O4)2(二草酸硼酸锂；LiBOB)。锂盐的浓度优选在0.1M至2.0M的范围内。当锂盐的浓度在上述范围内时，电解质溶液可以具有合适的导电性和粘度，以展示优异的电解质性能，并使锂离子有效移动。
在胶卷形状态下，正极集电器板11d连接到电极组件10的正电极的电极未涂布区11b，并且负极集电器板13d连接到电极组件10的负电极的电极未涂布区13b。
形成的正极集电器板11d比负极集电器板13d窄，使得负极集电器板13d与外壳20接触，而正极集电器板11d与外壳20隔开，不与外壳20接触。
铅片37与正极集电器板11d电连接。铅片37的一端可以焊接到正极集电器板11d，另一端可以电连接到盖组件30。为了增加与盖组件30的接触面积，可以将铅片37弯曲以面对电极组件10的一个表面。
在正极集电器板11d上设置具有开口露出中心销60的绝缘板50。绝缘板50形成为大于正极集电器板11d，以接触外壳20的内表面。当绝缘板50如上所述形成为大于正极集电器板11d时，正极集电器板11d和外壳20之间通过绝缘板50从正极集电器板11d中突出的宽度形成一定的间隙。正极集电器板11d和外壳20之间的间隙可用于防止其中正极集电器板11d和外壳20彼此接触形成短路的现象。
铅片37可通过绝缘板50的开口51连接到电极组件10的第一辅助板34，稍后将进行说明。
由于电极组件10卷绕在中心销60周围，所以中心销60可布置在电极组件10的中心，以与其中电极组件10插入外壳20的方向对齐。当受到整个表面压缩载荷或作用于可再充电电池外部的局部冲击载荷时，中心销60保持至少变形的形状或近似变形前的形状。
中心销60可以由具有一定硬度的材料(例如金属)形成，以便在受到外部冲击时最小程度地变形。当中心销60由具有导电性的金属形成时，安装中心销60的相对端以与正极集电器板11d和负极集电器板13d电绝缘。
例如，绝缘垫52可以设置在中心销60的下端和与其对应的负极集电器板13d之间。中心销60的上端在绝缘状态下延伸穿过在正极集电器板11d的中心形成的通孔，并由绝缘板50支撑。在这种情况下，中心销60的上端可与正极集电器板11d的通孔隔开，或者其间可插入绝缘元件(未图示)。因此，中心销60在中心销60的纵向的移动受到限制，并且中心销60可以在电极组件10的中心保持稳定状态。
外壳20可以具有电极组件10插入其中的开口侧，并且可以形成为与电极组件10基本相同的形状，例如圆柱形。外壳20可连接到电极组件的负极集电器板13d上，以用作可再充电电池的负端子。因此，外壳20可以由导电金属(诸如铝、铝合金或镀镍钢)形成。
盖组件30设置在外壳20的开口处，并耦接到外壳20，在其之间具有垫圈40。垫圈40使外壳20与盖组件30绝缘，并密封容纳电极组件10和电解质溶液的外壳20的内部。
具体地说，盖组件30包括盖板31、正温度系数元件35、通气板32、绝缘元件33、第一辅助板34和第二辅助板38。
第一辅助板34可以电连接到电极组件的铅片37，并且可以通过焊接耦接到铅片37。
第二辅助板38可以堆叠在第一辅助板34上以电连接到第一辅助板34，并且可以通过焊接耦接到第一辅助板34。第二辅助板38可以设置在与中心销60相对应的电极组件10的中心处，以具有露出第一辅助板34的通孔。
通气板32设置在第二辅助板38的上方，在其之间具有绝缘元件33。通气板32的边缘可插入垫圈40中，以耦接到外壳20。
通气板32包括通风孔32a，其设置在与中心销60相对应的部分处。通风孔32a从通气板32向电极组件10突出，并通过通孔与第一辅助板34接触而电连接。通气板32可在通风孔32a周围有一个凹口32b，以引导通风孔32a的破裂。
通气孔32a通过在预定的压力条件下被破坏，将内部气体释放到外部，从而可切断与第一辅助板34的电连接。也就是说，当外壳20的内部压力由于气体的产生而升高时，可以预先破坏凹口32b，使气体通过排气口31d排放到外部(稍后将进行描述)，从而防止可再充电电池爆炸。
此外，当通风孔32a因异常反应而被破坏时，通气板32和第一辅助板34之间的电连接被破坏。因此，与通气板32电连接的盖板31和第一辅助板34之间的电连接被破坏，因此不再有电流流动。
盖板31包括与中心销60相对应的中心板31a，中心销60是电极组件10的中心，多个分支部分31b从中心板31a向垫圈40延伸，并且耦接板31c插入并耦接到垫圈40中以连接分支部分31b的端部。排气口31d形成于相邻的向外部打开的分支部分31b之间。
分支31b以弯曲状态从耦接板31c连接到中心板31a，以便盖板31的中心可以突出到外壳20的外部。盖板31可通过通气板32、第二辅助板38、第一辅助板34和铅片37与正极集电器板11d电连接，以用作可再充电电池的正端子。因此，通过形成盖板31的中心以突出到外壳20的外部，可以促进与外部装置的端子的连接。
同时，可以沿着盖板31的第二板形成PTC元件，并且PTC元件可以在堆叠在盖板的第二板和通气板的边缘之间的同时插入并耦接到垫圈40中。
正温度元件35可安装在盖板31和通气板32之间，以根据可再充电电池的内部温度控制盖板31和通气板32之间的电流。
当内部温度在预定范围内时，正温度元件35充当导体，以电连接盖板31和通气板32。如果内部温度超过预定的温度，则正温度元件35的电阻将增加到无穷大。因此，正温度元件35可阻断盖板31和通气板32之间的充电或放电电流的流动。
将盖组件30的边缘以通气板32、正温度元件35和盖板31堆叠在一起的形式插入垫圈40后插入外壳20的开口中。然后，通过夹持工艺将盖组件30夹持到外壳20的开口上。在这种情况下，可以在外壳20上形成凹进外壳20的径向中心方向的卷边部分(beadingportion)21和夹持插入盖组件30的垫圈40的外圆周的夹持部分22。
虽然已结合当前被认为是实用的示例性实施方式描述了本发明，但应理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，旨在涵盖所附权利要求范围内的各种修改和等效安排。
<符号说明>
10：电极组件 11：正电极
11a、13a：电极活性区 11b、13b：电极未涂布区
11aa：正极复合材料 11aa1、13aa1：第一复合材料
11aa2、13aa2：第二复合材料 11ab：第一基板
11d：正极集电器板 12：隔板
13：负电极 13aa：负极复合材料
13ab：第二基板 13d：负极集电器板
20：外壳 21：卷边部分
22：夹持部分 30：盖组件
31：盖板 31a：中心板
31b：分支 31c：耦接板
31d：排气口 32：通气板
31a：中心板 32b：凹口
33：绝缘元件 34：第一辅助板
35：正温度元件 37：铅片
38：第二辅助板 40：垫圈
50：绝缘板 51：开口
52绝缘垫 60：中心销

Claims (8)

1.一种螺旋卷绕电极组件，包括：
负电极和正电极，所述负电极和所述正电极中的每一个被配置为包括基板以及形成在所述基板的相对表面上的第一复合材料和第二复合材料；以及
设置在所述负电极和所述正电极之间的隔板，
其中，所述负电极的所述第一复合材料比所述负电极的所述第二复合材料远离所述电极组件的中心设置，并且
所述负电极的所述第一复合材料相对于所述负电极的所述基板的第一表面取向，
所述负电极的所述第一复合材料和所述第二复合材料包含碳类负极活性物质，并且
所述负电极的所述第一复合材料和所述第二复合材料具有由方程式1定义的发散度，并且所述负电极的所述第一复合材料的所述发散度和所述第二复合材料的所述发散度之间的差为10或更多：
[方程式1]
发散度=(Ia/I总)×100
在方程式1中，Ia表示当使用CuKα线测量XRD时非平面角处的峰强度之和， I总表示当使用CuKα线测量XRD时所有角处的峰强度之和，其中所述非平面角表示2θ=42.4±0.2°、43.4±0.2°、44.6±0.2°和77.5±0.2°，并且所有角表示2θ=26.5±0.2°、42.4±0.2°、43.4±0.2°、44.6±0.2°、54.7±0.2°和77.5±0.2°，
其中，所述第一复合材料的所述发散度在19至60的范围内，并且所述第二复合材料的所述发散度在5至小于19的范围内。
2.如权利要求1所述的电极组件，其中：
所述正电极的所述第一复合材料相对于所述正电极的所述第二复合材料邻近所述电极组件的所述中心设置。
3.如权利要求2所述的电极组件，其中：
所述负电极的所述第一复合材料和所述正电极的所述第一复合材料设置在彼此相对的侧面处，其间插入所述隔板，并且
所述负电极的所述第一复合材料相对于所述正电极的所述第一复合材料邻近所述电极组件的所述中心设置。
4.如权利要求2所述的电极组件，其中：
所述负电极的所述第二复合材料和所述正电极的所述第二复合材料设置在彼此相对的侧面处，其间插入所述隔板，并且
所述正电极的所述第二复合材料相对于所述负电极的所述第二复合材料邻近所述电极组件的所述中心设置。
5.如权利要求1所述的电极组件，其中：
所述碳类负极活性物质由人造石墨或人造石墨与天然石墨的混合物形成。
6.如权利要求5所述的电极组件，其中：
所述负电极的所述第一复合材料和所述第二复合材料包括Si类负极活性物质和Sn类负极活性物质中的至少一种。
7.如权利要求1所述的电极组件，其中：
所述电极组件进一步包括中心销，且
所述电极组件绕所述中心销螺旋卷绕。
8.一种可再充电电池，包括：
如权利要求1至7中任一项所述的电极组件；
被配置为其中容纳所述电极组件的外壳；以及
与所述电极组件一起容纳在所述外壳中的电解质溶液。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102623925B1 (ko) * 2022-09-16 2024-01-12 주식회사 엘지에너지솔루션 권취형 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120086270A (ko) * 2011-01-25 2012-08-02 주식회사 엘지화학 원통형 이차전지
CN103119774A (zh) * 2010-09-22 2013-05-22 丰田自动车株式会社 非水电解质二次电池
KR20130111339A (ko) * 2012-03-30 2013-10-10 소니 주식회사 전지, 전지용 음극, 전지 팩, 전자 장치, 전동 차량, 축전 장치, 및 전력 시스템
KR20140044914A (ko) * 2011-07-29 2014-04-15 도요타지도샤가부시키가이샤 리튬 이온 이차 전지
CN103891012A (zh) * 2011-10-25 2014-06-25 株式会社Lg化学 二次电池用负极和具有所述负极的二次电池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3443227B2 (ja) 1996-03-06 2003-09-02 三洋電機株式会社 非水電解液電池
JP4713068B2 (ja) 2003-08-01 2011-06-29 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
CN104659414B (zh) 2005-10-20 2019-04-12 三菱化学株式会社 锂二次电池以及其中使用的非水电解液
JP5652682B2 (ja) 2011-03-11 2015-01-14 トヨタ自動車株式会社 非水電解質二次電池とその製造方法
WO2013014827A1 (ja) 2011-07-22 2013-01-31 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池
JP2013069432A (ja) * 2011-09-20 2013-04-18 Toyota Motor Corp リチウムイオン二次電池とその製造方法
DE112011105960T5 (de) * 2011-12-14 2014-09-25 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Nichtwässrige Elektrolytsekundärbatterie und Verfahren zum Herstellen einer negativen Elektrode für eine Sekundärbatterie
WO2016067142A1 (en) * 2014-10-27 2016-05-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Particle, electrode, power storage device, electronic device, and method for manufacturing electrode

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103119774A (zh) * 2010-09-22 2013-05-22 丰田自动车株式会社 非水电解质二次电池
KR20120086270A (ko) * 2011-01-25 2012-08-02 주식회사 엘지화학 원통형 이차전지
KR20140044914A (ko) * 2011-07-29 2014-04-15 도요타지도샤가부시키가이샤 리튬 이온 이차 전지
CN103733390A (zh) * 2011-07-29 2014-04-16 丰田自动车株式会社 锂离子二次电池
CN103891012A (zh) * 2011-10-25 2014-06-25 株式会社Lg化学 二次电池用负极和具有所述负极的二次电池
KR20130111339A (ko) * 2012-03-30 2013-10-10 소니 주식회사 전지, 전지용 음극, 전지 팩, 전자 장치, 전동 차량, 축전 장치, 및 전력 시스템
CN103367709A (zh) * 2012-03-30 2013-10-23 索尼公司 电池、用于电池的负极、电池组、电子装置以及电动车辆

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