CN112335085A - 电极组件、包括该电极组件的二次电池以及用于制造该电极组件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可以降低电阻并改善工艺性能的电极组件、包括该电极组件的二次电池以及制造该电极组件的方法。例如，公开了一种电极组件，该电极组件包括：第一电极板，使第一电极接线片附着到第一电极板；多个第二电极板，使第二电极接线片附着到所述多个第二电极板；以及隔膜，置于第一电极板与所述多个第二电极板之间，其中，第一电极板、隔膜和所述多个第二电极板以彼此堆叠的状态卷绕，并且第二电极接线片形成为基于其卷绕中心彼此对称。
Description
技术领域
本发明涉及一种电极组件、一种包括该电极组件的二次电池以及一种用于制造该电极组件的方法。
背景技术
通常，通过将电极组件与电解质一起容纳在壳体中来制造二次电池，电极组件由正极板、负极板和插入这两个电极板之间的隔膜构成。与不可充电的一次电池不同，二次电池是可充放电电池。随着用于诸如移动电话和膝上型计算机的移动装置的技术的发展以及移动装置的产量增加，对作为能量源的二次电池的需求迅速增加。近年来，已经积极地研究和开发二次电池作为替代化石燃料的替代能量源，甚至用于电动车辆或混合动力电动车辆的目的。
目前商业化的二次电池包括镍-镉电池、镍-氢电池、镍-锌电池和锂二次电池。在这些二次电池之中，锂二次电池已经备受关注，因为与镍基二次电池相比，锂二次电池几乎不表现出记忆效应，所以锂二次电池自由地充电和放电，具有非常低的自放电率，并且具有高能量密度。
然而，当锂二次电池过充电至特定电压或更高时，构成锂二次电池的正极活性物质与电解质的反应过度进行并伴随着正极活性物质的结构塌陷和电解质的氧化反应，并且也会从负极活性物质提取锂。如果该状态持续，则锂二次电池会点燃或爆炸。
发明内容
技术问题
本发明提供了一种降低电阻并改善工艺效率的电极组件、包括该电极组件的二次电池以及制造该电极组件的方法。
技术方案
根据本发明的电极组件可以包括：第一电极板，第一电极接线片附着到第一电极板；多个第二电极板，第二电极接线片分别附着到所述多个第二电极板；以及隔膜，置于第一电极板与所述多个第二电极板中的每个之间，其中，第一电极板、隔膜和所述多个第二电极板在堆叠的同时卷绕，其中，第二电极接线片被形成为相对于卷绕中心对称。
这里，第一电极接线片可以位于卷绕中心处。
另外，所述多个第二电极板可以被卷绕成分别位于第一电极板的第一表面和第二表面上。
另外，隔膜可以设置成多个以卷绕成分别覆盖所述多个第二电极板。
另外，隔膜可以被折叠成分别覆盖多个第二电极板，使得所述多个第二电极板与第一电极板分离。
另外，第一电极接线片和第二电极接线片可以位于与电极组件的卷绕轴垂直的剖面上的直线上。
另外，所述多个第二电极板可以分别相对于第一电极板彼此对称地卷绕。
此外，一种二次电池包括该电极组件。
此外，根据本发明的用于制造电极组件的方法可以包括：将芯轴结合到第一电极板，第一电极接线片在第一电极板的中心部处附着到第一电极板，使得第一电极接线片被制备成位于芯轴上；将多个第二电极板定位在第一电极板的第一表面和第二表面上，第二电极接线片分别附着到所述多个第二电极板；以及使芯轴能够在一个方向上旋转以执行卷绕。
这里，所述多个第二电极板可以位于第一电极板上同时分别被多个隔膜覆盖。
有益效果
根据本发明的电极组件、包括该电极组件的二次电池以及制造该电极组件的方法可以降低电极组件的电阻并改善工艺效率。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的二次电池的透视图。
图2是示出根据本发明的实施例的二次电池的分解透视图。
图3是示出根据本发明的实施例的二次电池的纵向剖视图。
图4是示出根据本发明的实施例的二次电池的横向剖视图。
图5是示出在根据本发明的实施例的二次电池中卷绕电极组件之前的电极组件的透视图。
图6是示出在根据本发明的实施例的二次电池中卷绕电极组件之前的电极组件的剖视图。
图7是示出根据本发明的实施例的通过芯轴卷绕二次电池的电极组件的工艺的剖视图。
[附图的主要部分中的符号的说明]
100：二次电池 110：壳体
120、220、320、420：电极组件 130：盖组件
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述本发明的示例性实施例，使得本发明所属领域的普通技术人员可以容易地实施本发明。
图1是示出根据本发明的实施例的二次电池的透视图。图2是示出根据本发明的实施例的二次电池的分解透视图。图3是示出根据本发明的实施例的二次电池的纵向剖视图。图4是示出根据本发明的实施例的二次电池的横向剖视图。
如图1至图5中所示，根据本发明的二次电池100包括壳体110、容纳在壳体110中的电极组件120以及密封壳体110的上端开口的盖组件130。
壳体110包括圆形底部111和从底部111向上延伸预定长度的侧部112。这里，二次电池100被示出为圆柱形二次电池，但是可以应用于棱柱型和袋型二次电池，并且二次电池的形状不仅限于本发明中的圆形形状。在制造二次电池的工艺中，壳体110的上部是开口的。结果，在组装二次电池的工艺中，电极组件120可以与电解质一起插入壳体110中。壳体110可以由钢、钢合金、铝、铝合金或其等同物制成，但是其材料不限于此。另外，卷边部113可以形成在盖组件130的下部处，以凹入到盖组件130的内部，使得电极组件120不分离到外部，并且弯曲到盖组件130的内部的压接部114可以形成在盖组件130的上部处。
电极组件120与电解质一起容纳在壳体110的内部。这里，电解质可以是被注入使得锂离子在构成电极组件120的正极板和负极板之间流动的含有盐的有机液体，并且可以包括作为锂盐(诸如LiPF6、LiBF4、LiClO4)和高纯度有机溶剂的混合物的非水电解质，但是本发明不限于此。
电极组件120包括负极板121、正极板122和隔膜123，负极活性物质被施用在负极板121上，正极活性物质被施用在正极板122上，隔膜123插入在负极板121与正极板122之间以防止负极板121与正极板122之间的短路并且仅使锂离子能够流动。负极板121、正极板122和隔膜123卷绕成大致圆柱形形状。另外，向下突出并延伸预定长度的负极接线片124可以附着到负极板121，并且向上突出预定长度的正极接线片125可以附着到正极板122，反之亦然。
另外，图5和图6示出了分别示出在根据本发明的实施例的二次电池中卷绕电极组件之前的电极组件的透视图和剖视图。图7示出了示出在根据本发明的实施例的二次电池中通过芯轴卷绕电极组件的工艺的剖视图。在下文中，将参照图5、图6和图7详细地描述根据本发明的二次电池和电极组件的构造。
首先，电极组件120的负极板121可以通过由铜(Cu)或镍(Ni)制成的板状金属箔构成，并且作为由过渡金属氧化物制成的活性物质的负极涂覆部126a和126b被施用在负极板121的相对表面上。这里，负极涂覆部126a和126b可以包括形成在负极板121的第一表面上的第一负极涂覆部126a和形成在与第一表面相对的第二表面上的第二负极涂覆部126b。
此外，负极板121可以通过芯轴与正极板122和隔膜123卷绕在一起，并且卷绕可以从负极板121的中心部开始。另外，负极板121可以形成为使得活性物质不被提供到卷绕的中心部。即，由于负极板121的中心部不具有活性物质，所以它不与正极板122的活性物质反应，因此，中心部可以在卷绕之后在电极组件120内部形成非反应区域。因此，可以抑制中心部在电极组件120内部变形。
此外，负极接线片124附着到负极板121的第一表面。负极接线片124的一部分可以通过焊接附着到负极板121，并且在电极组件120的纵向方向上向下突出预定长度。更详细地，活性物质不分别施用到负极板121的前端和后端，使得可以形成通过其使负极板121暴露的非涂覆部，并且负极接线片可以结合到非涂覆部以电连接到负极板121。负极接线片124可以由铜材料或镍材料制成，但是本发明不限于此。
正极板122通过由铝(Al)制成的板状金属箔构成，并且作为由过渡金属氧化物制成的活性物质的正极涂覆部127施用在正极板122的两个表面上。这里，正极板122可以包括相对于负极板121位于第一表面上的第一正极板122a和位于第二表面上的第二正极板122b。即，正极板122可以由彼此分离的第一正极板122a和第二正极板122b构成，并且可以与负极板121卷绕在一起，同时正极板122相对于负极板121分别位于顶表面和底表面上。
正极涂覆部127可以形成在第一正极板122a和第二正极板122b中的每个上，并且可以包括形成在第一表面上的第一正极涂覆部127a和形成在与第一表面相对的第二表面上的第二正极涂覆部127b。
另外，正极接线片125可以形成在正极板122a和122b上。更详细地，正极接线片125可以包括结合到第一正极板122a的第一表面的第一正极接线片125a和结合到第二正极板122b的第一表面的第二正极接线片125b。第一正极接线片125a和第二正极接线片125b的部分可以被部分地焊接以分别附着到正极板122a和122b，并且在电极组件120的纵向方向上向上突出预定长度。第一正极接线片125a和第二正极接线片125b可以形成为相对于卷绕的电极组件120的横向剖面中的卷绕中心部c的中心对称。更详细地，第一正极接线片125a和第二正极接线片125b线性地形成为沿着横向剖面的作为横向剖面中的卷绕中心部c与最外部o之间的长度的半径r彼此平行，相对于卷绕中心部c位于反向方向上，于是可以容易地结合到壳体110的底表面。
另外，负极接线片124和正极接线片125可以位于卷绕的负极板121和正极板122的相同表面上，并且可以位于负极板121和正极板122的第二表面上。这里，在卷绕电极组件120中，相同的表面可以是以相同的方式面对最外部o的表面，或者可以是以相同的方式面对卷绕中心部c的表面。另外，当正极接线片125在电极组件120中形成在面对最外部o的表面上时，这意味着其相对表面被卷绕，反之亦然。即，本发明不限于负极接线片124和正极接线片125在其上以箔的形式附着在正极板122和负极板121的相对表面上的表面。
此外，负极接线片124和正极接线片125可以定位成在卷绕电极组件120中沿纵向方向布置在同一条线上。此外，负极接线片124和正极接线片125定位成在卷绕电极组件120中沿纵向方向彼此不叠置。即，负极接线片124的上部和正极接线片125的下部可以定位成在电极组件120的纵向方向上的同一条线上彼此不叠置。这是为了防止当具有比正极板122和负极板121的厚度厚的厚度的负极接线片124和正极接线片125在电极组件120的纵向方向上彼此叠置时电极组件120的卷绕圆度降低。正极接线片125可以由铝材料制成，但是本发明不限于此。
另外，如下所述，在正极板122a和122b分别位于负极板121的第一表面和第二表面上的同时，芯轴被结合以将负极接线片124固定在负极板121上，并且在这种状态下，在沿一个方向(例如，顺时针方向)旋转的同时开始卷绕。因此，由于正极板122a和122b上的第一正极接线片125a和第二正极接线片125b从芯轴的内部的负极接线片124卷绕相同的长度，因此第一正极接线片125a和第二正极接线片125b可以定位成相对于卷绕中心部c对称。此外，在卷绕方法中，由于容易布置正极接线片125a和125b，因此可以改善其工艺效率。
另外，结合到壳体110并且具有形成在其中心处的第一孔128a和形成在第一孔128a外部的第二孔128b的第一绝缘板128可以插置在电极组件120与底部111之间。第一绝缘板128用于防止电极组件120与壳体110的底部111电接触。具体地，第一绝缘板128用于防止电极组件120的正极板122与底部111电接触。这里，第一孔128a用于在由于二次电池的异常而产生大量气体时使气体能够快速向上流动，并且第二孔128b用于使负极接线片124能够穿过第二孔128b并焊接到底部111。另外，还设置中心为中空的大致圆柱形管状的中心销(未示出)，使得二次电池异常时产生的大量气体可以容易地通过中心销的内部通道排出。
另外，结合到壳体110并且具有形成在其中心处的第一孔129a和形成在第一孔129a外部的多个第二孔129b的第二绝缘板129可以插置在电极组件120与盖组件130之间。第二绝缘板129用于防止电极组件120与盖组件130电接触。具体地，第二绝缘板129用于防止电极组件120的负极板121与盖组件130电接触。这里，第一孔129a用于在由于二次电池的异常而产生大量气体时使气体能够快速流到盖组件130，并且第二孔129b用于使正极接线片125能够穿过第二孔129b并焊接到盖组件130。此外，另一第二孔129b用于在注入电解质的工艺中使电解质能够快速流入到电极组件120中。电解质用作当电池充电和放电时由电池中的正极板和负极板中的电化学反应产生的锂离子的流动介质。
盖组件130包括具有多个通孔131d的上盖131、安装在上盖131的下部处的安全板133、安装在安全板133的下部处的连接环135、结合到连接环135并具有第一通孔136a和第二通孔136b的下盖136、固定到下盖136的下部以电连接到正极接线片125的子板137以及使上盖131、安全板133、连接环135和下盖136与壳体110的侧部112绝缘的绝缘垫圈138。
这里，构成正极接线片125的第一正极接线片125a和第二正极接线片125b可以一起结合到子板137。这里，如上所述，由于第一正极接线片125a和第二正极接线片125b可以线性地形成为相对于电极组件120的中心对称，因此第一正极接线片125a和第二正极接线片125b可以在结合到子板137时线性地布置。
绝缘垫圈138基本上具有按压在形成于壳体110的侧部111上的卷边部113与压接部114之间的形状。另外，形成在上盖131中的通孔131d和下盖136中的第二通孔136b用于当在壳体110中引起异常内部压力时将内部气体排放到外部。当然，首先，安全板133在被倒置到上侧的同时与子板137电隔离，此后，随着安全板133破裂，内部气体被排放到外部。
在下文中，将更详细地解释根据本发明的实施例的用于卷绕电极组件的方法。
再次参照图7，将负极板121结合成在卷绕之前穿过芯轴的中心，并且可以将负极接线片124定位在芯轴的中心处。此外，可以将第一正极板122a定位在负极板121的第一表面上，并且可以将第二正极板122b定位在负极板121的第二表面上。正极板122a和122b的第一表面和第二表面可以被隔膜123覆盖。在这种情况下，也可以将隔膜123设置为具有两片，并且可以将隔膜折叠成分别覆盖第一正极板122a和第二正极板122b。
在这种状态下，如果芯轴开始沿一个方向(例如，顺时针方向)旋转，则相对于负极接线片124开始卷绕，因此，可以将第一正极接线片125a和第二正极接线片125b形成为相对于负极接线片124在反向方向上对称。
此外，在这种情况下，由于将负极接线片124定位在电极组件120的中心处，并且将正极接线片125a和125b分别形成在彼此对称的位置处，即，形成在电极组件120的均匀的位置处，因此可以减小电阻，结果，可以减少接线片的数量。
此外，由于以上述方式卷绕使正极接线片125a和125b能够定位成彼此对称，因此改善了工艺效率。
上述实施例仅仅是用于实现电极组件和包括该电极组件的二次电池的一个实施例，本发明不限于该实施例，本发明的技术精神包括可以由本发明所属领域的普通技术人员进行各种修改的所有技术范围，而不脱离如所附权利要求所要求保护的本发明的实质。
Claims (10)
1.一种电极组件，所述电极组件包括：
第一电极板，第一电极接线片附着到第一电极板；
多个第二电极板，第二电极接线片分别附着到所述多个第二电极板；以及
隔膜，置于第一电极板与所述多个第二电极板中的每个第二电极板之间，其中，第一电极板、隔膜和所述多个第二电极板在堆叠的同时卷绕，
其中，第二电极接线片形成为相对于卷绕中心对称。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，第一电极接线片位于卷绕中心处。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述多个第二电极板被卷绕成分别位于第一电极板的第一表面和第二表面上。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，隔膜设置成多个以被卷绕，从而分别覆盖所述多个第二电极板。
5.根据权利要求4所述的电极组件，其中，隔膜被折叠成分别覆盖所述多个第二电极板，使得所述多个第二电极板与第一电极板分离。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其中，第一电极接线片和第二电极接线片位于与电极组件的卷绕轴垂直的剖面上的直线上。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述多个第二电极板分别相对于第一电极板彼此对称地卷绕。
8.一种二次电池，所述二次电池包括根据权利要求1至7所述的电极组件。
9.一种用于制造电极组件的方法，所述方法包括：
将芯轴结合到第一电极板，第一电极接线片在第一电极板的中心部处附着到第一电极板，使得第一电极接线片被制备成位于芯轴上；
将多个第二电极板定位在第一电极板的第一表面和第二表面上，第二电极接线片分别附着到所述多个第二电极板；以及
使芯轴能够在一个方向上旋转以执行卷绕。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述多个第二电极板位于第一电极板上同时分别被多个隔膜覆盖。
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