CN1495932A - 圆柱型锂二次电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种圆柱形锂二次电池及其制造方法。圆柱形锂二次电池包括电池单元，其具有正极板、负极板和介入二者其间的隔膜；容纳电池单元的壳体；设置在壳体上用于增加壳体厚度的加固装置；以及连接到壳体上端并具有盖罩和安全装置的盖组件，安全装置通过衬垫与壳体绝缘。
Description
本申请要求2002年9月5日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请2002-53458的优先权，在此将其全部内容引作参考。
技术领域
本发明涉及锂二次电池，具体而言，本发明涉及具有改进的加固装置的圆柱型锂二次电池，该加固装置用于增加连接到盖组件的壳体上端的厚度。
背景技术
通常来讲，与不可充电的一次电池不同，二次电池能够再充电，广泛地用于各种用途，包括先进的便携式电子设备，例如移动电话、笔记本电脑或可携式摄像机。具体而言，在3.6V工作的锂二次电池迅速地发展起来，这是因为它们的工作电压大约比广泛用作电子设备能源的镍—镉(Ni-Cd)电池或镍—氢化物(Ni-MH)电池的工作电压高3倍，并且它们具有每单位重量的优异能量密度。
通常来讲，锂二次电池采用氧化锂作为正极活性材料、碳材料作为负极活性材料。这种锂二次电池可以根据所采用的电解质的种类分成液体电解质电池和聚合物电解质电池。利用液体电解质的电池通常称作锂离子电池，利用聚合物电解质的电池通常称作锂聚合物电池。锂二次电池被制成各种形状，典型为圆柱形、矩形或袋形。
图1是常规圆柱形锂二次电池10的示意性分解透视图。
参考图1，圆柱形锂二次电池10包括电池单元11、容纳电池单元11的圆柱形壳体12以及连接到圆柱形壳体12上端的盖组件100。
电池单元11具有正极板13、负极板14和隔膜15。正极板13、负极板14和隔膜15依次设置并以果冻卷(jelly-roll)形式卷绕。正极引线16连接到正极板13，负极引线(未示出)连接到负极板14。上绝缘板18安装在电池单元11的上端。
盖组件16包括盖罩110、正温度系数(PTC)元件130、安全阀组件和衬垫170。安全阀组件包括依次层叠的安全阀140、绝缘构件150和盖板160。正极引线16电连接到盖板160的底表面。
现在简单描述制造上述常规圆柱形锂二次电池10的方法。
以果冻卷形式卷绕电池单元11并插入圆柱形壳体12。上绝缘板18安装在电池单元11的上表面。
壳体12具有通过压卷边而形成的卷边部分12a。
接着，电解液注入到容器12中，然后将衬垫170插入所得到的结构中。衬垫170安装在卷边部分12a的顶表面上。电连接到电池单元11的正极板13的正极引线16焊接到安全阀组件的底表面。虽然未示出，但电连接到电池单元11的负极板14的负极引线通过预定方法电连接到壳体12。
然后，PTC元件130和盖罩110依次设置在安全阀组件上。
在完成壳组件100的设置之后，通过弯边工艺密封圆柱形锂二次电池。接着，为了将电池10的总高度保持在恒定值，进行压制工艺，由此完成锂二次电池10。
在电池10的制造中，在卷边部分12a上设置的一部分壳体12被强烈挤压，导致壳体12的热变形，通过这种方式不能保证在盖组件100和壳体12之间的紧密密封，增加了电池10的次品。
发明内容
本发明提供一种圆柱形锂二次电池及其制造方法，该电池可通过增加其中安装盖组件的壳体上端的厚度来防止在组装过程中壳体变形。
在本发明的一个方案中，提供一种圆柱形锂二次电池，该电池包括：具有正极板、负极板和插入其间的隔膜的电池单元；容纳电池单元的壳体；在壳体上面设置的、用于增加壳体厚度的加固装置；以及连接到壳体上端、具有通过衬垫与壳体绝缘的盖罩和安全装置的盖组件。
加固装置成形为装配到壳体上端的环。
而且，环的下端装配到壳体的上端，形成重叠部分。
重叠部分具有卷边部分，将该卷边部分形成为相对于壳体和重叠部分向内弯曲。
此外，在卷边部分的顶表面上安置衬垫。
当该环装配到壳体时，环的上端基本上与壳体的上端共面。
并且，安装环的那部分壳体的最小厚度对应于其中没有由于在弯边过程中施加的外部压力所引起的热变形的厚度。
根据本发明的另一方案，提供一种制造锂二次电池的方法，包括：对具有依次设置的正极板、隔膜和负极板的电池单元进行卷绕；向壳体中插入电池单元；在壳体上端设置环并在该壳体和该环的重叠部分形成卷边；向壳中注入电解液；向壳体上部插入衬垫；在衬垫上安装包括盖罩和安全装置的盖组件；以及对壳体进行弯边以便将盖与壳体密封起来。
附图说明
通过参考附图对本发明的优选实施方式进行的详细描述，本发明的上述方案和本发明的优点将更为显而易见。
图1是常规圆柱形锂二次电池的横截面图；
图2是根据本发明实施方式的圆柱形锂二次电池的分解透视图；
图3是描述在对图2中所示的锂二次电池进行形成卷边的处理之前的状态的横截面图；
图4是描述在对图2中所示的锂二次电池进行形成卷边的处理之后的状态的横截面图；
图5是根据本发明另一实施方式的圆柱形锂二次电池的分解透视图；
图6是图5所示的锂二次电池的上部的局部放大图。
具体实施方式
现在参考附图详细描述本发明的优选实施方式。
图2是根据本发明实施方式的圆柱形锂二次电池20的分解透视图。
参考图2，锂二次电池20包括电池单元21。电池单元21包括正极板21、负极板24和隔膜25。
正极板21包括由条形金属箔例如铝箔制成的正极集流体和在正极集流体的至少一面上涂覆的正极活性材料层。作为正极活性材料层，适合采用包括作为主要成分的氧化锂、正极粘合剂和正极导电材料的组成。正极引线26通过焊接固定到正极板23的一面。
负极板24包括由条形金属箔例如铜箔制成的负极集流体和在负极集流体的至少一面上涂覆的负极活性材料层。作为负极活性材料层，适合采用包括作为负极活性材料的碳材料、负极粘合剂和负极导电材料的组成。负极引线27电连接到负极板24的一面。
隔膜25由多孔绝缘材料制成，优选为聚乙烯、聚丙烯或这些化合物的复合膜。
电解液包括：锂盐，例如LiPF6；混合溶剂，例如由以适当比例混合的EC、DMC、MEC和PC构成的溶剂。
按下述方式构成电池单元21：设置并以果冻卷形式卷绕正极板23、负极板24和插入其间的两片隔膜25。正极引线26的上端相对于电池单元21向上突出，负极引线27的下端相对于电池单元21向下突出。电池单元21容纳在壳体22中。
壳体22的整体外部形状按照电池单元21的形状，壳体22由中空的圆柱形金属材料制成。壳体22自身电连接到电极端子，例如具有向下露出的负极引线27的负极板24，由此用作负极端子。在装在壳体22中的电池单元21的顶表面上设置上绝缘板28。
在电池单元21的上部安装盖组件200。
在盖组件200处设置盖罩210。盖罩210电连接到具有与壳体22相反极性的另一个电极端子，例如具有向上露出的正极引线26的正极板23，由此用作正极端子。
在盖罩210下安装PTC元件230。如果温度超过预定值，那么PTC元件230的电阻基本上无限增加。因此，当电池20暴露于不正常的高温时，通过在盖组件200中安装PTC元件230可以中断充电/放电电流。PTC元件230可逆地工作，这样，由PTC元件230的操作引起的电流中断降低了电池20的温度，从而减少电阻，由此使电池20正常工作。对PTC元件230进行设置，使得它的电阻在大约100℃变得无限大。
安全阀组件安装在PTC元件230之下。安全阀组件包括安全阀240和在安全阀240之下依次层叠的绝缘构件250和盖板260。从电池单元21引出的正极引线26焊接到盖板260的底表面。当电池20的内压升高至使盖板260与正极引线26断开时安全阀组件向上翻转，由此中断充电电流。此外，用于防止过充电、过放电或不正常电流流动的独立安全阀还可以安装在圆柱形锂二次电池20的内部。
在具有依次层叠的盖罩210、PTC元件230和安全阀组件的盖组件200的外表面处设置衬垫270。衬垫270由绝缘材料制成。因此，盖组件200能够与壳体22绝缘。
为了防止在电池20的组装过程中壳体22变形，在其中容纳盖组件200的壳体22的上端安装加固装置，现在更详细地描述该加固装置。
图3是描述对图2所示的锂二次电池进行卷边加工之前的状态的横截面图；图4是描述对图2所示的锂二次电池进行卷边加工之后的状态的横截面图。这里，与图2相同的参考标记表示相同的功能性元件。
参考图3和图4，在壳体22的上端设置环220。
环220的直径大于壳体22的直径。因此，当环220连接于壳体22时，壳体22的上端22a能够装配到环220的下端220a，优选维持一容隙，以在其中将壳体22的外表面固定到环220的内表面。并且，环220的高度足以容纳围绕盖组件200外表面的衬垫270。
因此，安装盖组件(图2的200)的那一部分壳体22的厚度比容纳电池单元21的那一部分壳体22增加了环220的厚度。
环220的厚度t2与壳体22的厚度t1不同。换句话说，为了防止在电池20的组装过程中壳体22因外部压力变形，将环220的厚度t2制得比壳体22的厚度t1大。
环220的下端220a和壳体22的上端22a在电池单元21的上部彼此重叠。在卷边加工过程中，重叠部分从壳体22的外表面相对于壳体22向内弯曲。因此，环220的下端220a和壳体22的上端22a的重叠部分形成卷边部分40。
通过相对于壳体22向内弯曲环220的下端220a形成卷边部分40，壳体22上端22a的外表面和环220下端220a的内表面彼此接触并同时弯曲以紧固定位。可在卷边部分40的顶表面上安置围绕盖组件200外表面的衬垫270的底表面。衬垫270的外表面与壳体22的内表面为面接触。
现在描述具有上述结构的圆柱形锂二次电池20。
设置正极板23、负极板24和各由条形薄片制成的两片隔膜25。正极引线26通过焊接固定到正极板23的一面。负极引线27固定到负极板24的一面。正极引线26的端部向上突出，负极引线27的端部向下突出。为了防止正负极短路将隔膜25设置在正极板23和负极板24之间，以果冻卷形式卷绕所得到的结构。
在所得到的电池单元21的底表面上设置下绝缘板29，从负极板24引出的负极引线27弯曲。为了防止电池20短路，安装下绝缘板29。
电池单元21设置在壳体22的内部，负极引线27电阻焊接到壳体22的底平面。因此，壳体22用作电池20的负极端子。
在电池单元21放入壳体22内部之后，在电池单元21的上部设置上绝缘板28。
接着，将环220插入壳体22的上端。环220的直径大于壳体22的直径。
在环220的下端220a与壳体22的上端22a重叠之后，进行卷边加工。为了减小电池单元21在壳体22内部的可流动性以及使盖组件200容易地设置在壳体22的上端22a，进行卷边加工。
壳体22和环220的重叠部分对应于卷边部分40，从壳体22的外表面施以预定压力，相对于壳体22向内弯曲重叠部分，由此提供具有预定宽度的安装部分。
在壳体22的上端22a的外表面接触环220的下端220a的内表面的状态下，接触部分相对于壳体22向内弯曲，由此防止环220从壳体22偏离。
接着，在壳体22的内压保持在低于大气压力的值的状态下，将预定量的电解液注入壳体22。
在注入电解液后，在卷边部分40安置衬垫270。衬垫270使用作电池20负极的壳体22和用作电池20正极的盖组件200彼此绝缘。并且，衬垫270防止从壳体22内部产生的气体和电解液泄漏到外部。
然后，从正极23引出的正极引线26焊接到盖板260的底面。在衬垫270上安装包括盖板260的安全阀组件。
接下来，PTC元件230和盖罩210依次层叠在安全阀组件上。
在完成盖组件200的设置之后，为了把容纳有安全阀组件、PTC元件230和盖罩210的电池20密封起来，进行用于对具有环220的壳体22加压的弯边工艺。因此，在由衬垫270围绕盖组件200的状态中，衬垫270将盖组件200与壳体22密封。
然后，通过压制处理对锂二次电池20加压，从而将其高度保持在恒定值，接着清洗以除去外来物质，由此完成圆柱形锂二次电池20。
图5是根据本发明另一实施例的圆柱形锂二次电池的分解透视图，图6是图5所示的锂二次电池上部的局部放大图。现在仅描述此实施例的特征部分。
参考图5和图6，在壳体22的上端设置环520。
环520的直径大于壳体22的直径。因此，当环520连接到壳体22时，环520的内表面接触壳体22的外表面。并且，环520的高度足以容纳盖组件(图2的200)。
环520可完全容纳在壳体22的上端22a，以便防止在电池20的弯边加工过程中壳体22的上端22a变形。换句话说，环520装配到壳体22以使其外表面接触壳体22的内表面，环520的上端520a基本上与壳体22的上端22a共面。环520的上端520a和壳体22的上端22a均在其重叠部分卷曲。
安装盖组件200的那一部分壳体22的厚度比安装电池单元21的那一部分壳体22的厚度大环520的厚度。
环520的厚度t3与壳体22的厚度t4不同。换句话说，为了防止在电池20的卷曲或压制过程中壳体22变形，增加了安装盖组件200的那一部分壳体22的厚度。
此处，环520的厚度t3小于壳22的厚度t4，这是为了防止壳体22的总体厚度过度增加。
例如，壳体22的厚度t4是0.2mm，环520的厚度t3是0.05mm。因此，安装盖组件200的那一部分壳体22的总厚度t5等于环520的厚度t3和壳体22的厚度t4之和，即，0.25mm。换句话说，安装盖组件200的那一部分壳体22的厚度比安装电池单元21的壳体22的厚度大0.05mm，即对应环520的厚度。
如上所述，安装了环520的那一部分壳体22的最小厚度对应于没有出现由于弯边过程中施加的外部压力引起的热变形的厚度。由于随着在壳体22中容纳的电池单元21的体积增加壳体22的尺寸也增加，因此环520的厚度根据施加于安装了环520的壳体22的压力进行设置。然而，通过环520的安装，壳体22能够保持在足以完全保持电池的成形性的最小厚度。
为了防止环520的下端520b从壳体22脱落，在壳体22和环520的重叠部分形成卷边部分，在卷边加工过程中，卷边部分从其外表面相对于壳体组件590向内弯曲。
如上所述，根据本发明的圆柱形锂二次电池及其制造方法具有下述优点。
首先，由于对容纳电池单元的壳体和在壳体上端安装的环进行卷边加工，增加了安装盖组件的那一部分的厚度。因此，可防止由于在弯边或压制过程中施加的外部压力引起的壳体变形。
第二，由于在安装盖组件的壳体厚度大于安装电池单元的壳体厚度的状态下密封盖组件，可以减少由于在组装电池过程中施加的外力引起的电池的次品。
第三，由于增加了安装盖组件的壳体强度，可牢固的安装盖组件。
在参考本发明的优选实施方式特别表示和描述了本发明的同时，本领域的普通技术人员应理解，在不脱离由下述权利要求限定的实质和范围的条件下，可以对本发明进行形式和细节上的各种变化。
Claims (14)
1.一种圆柱形锂二次电池，包括：
具有正极板、负极板和介入二者其间的隔膜的电池单元；
容纳电池单元的壳体；
在壳体上面设置的、用于增加壳体厚度的加固装置；以及
连接到壳体上端并具有盖罩和安全装置的盖组件，安全装置通过衬垫与壳体绝缘。
2.根据权利要求1的圆柱形锂二次电池，其中加固装置成形为装配到壳体上端的环。
3.根据权利要求2的圆柱形锂二次电池，其中环的下端装配到壳体的上端，形成重叠部分。
4.根据权利要求3的圆柱形锂二次电池，其中重叠部分具有卷边部分，该卷边部分形成为相对于壳体与重叠部分一起向内弯曲。
5.根据权利要求4的圆柱形锂二次电池，其中在卷边部分的顶表面上安置衬垫。
6.根据权利要求2的圆柱形锂二次电池，其中环的直径大于壳体的直径。
7.根据权利要求2的圆柱形锂二次电池，其中环的厚度大于壳体的厚度。
8.根据权利要求2的圆柱形锂二次电池，其中当所述环装配到壳体时，环的上端基本上与壳体的上端共面。
9.根据权利要求8的圆柱形锂二次电池，其中环的厚度小于壳体的厚度。
10.根据权利要求2的圆柱形锂二次电池，其中安装环的那部分壳体的最小厚度对应于在卷曲过程中并不因施加的外部压力而引起热变形的那地方的厚度。
11.根据权利要求2的圆柱形锂二次电池，其中环的高度足以容纳围绕盖组件外表面的衬垫。
12.一种制造锂二次电池的方法，包括：
对具有依次设置的正极板、隔膜和负极板的电池单元进行卷绕；
向壳体中插入电池单元；
在壳体上端设置环并将该壳体和该环的重叠部分卷边；
向壳中注入电解液；
向壳体上部插入衬垫；
在衬垫上安装包括盖罩和安全装置的盖组件；以及
对壳体进行卷边以便将盖与壳体密封起来。
13.根据权利要求12的方法，其中在重叠部分的卷边，壳体的上端与环的下端重叠，重叠部分通过从壳体的外表面施加预定压力相对于壳体向内弯曲重叠部分，提供其上安置衬垫的安装面。
14.根据权利要求12的方法，其中在卷边中，壳体和环的重叠部分是卷边的。
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