CN1518157A - 电池单元以及采用了该单元的锂二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电池单元和采用了该电池单元的锂二次电池。电池单元包括：电极单元，所述电极单元具有按顺序布置的正电极板、隔板和负电极板；电极引线，它们从电极单元的每个电极板上引出；以及终点带，它缠绕着电极单元的最外侧表面周围，并具有粘结层和覆有该粘结层的聚合物薄膜层，所述粘结层的粘结强度比较低，可在电极单元发生形变时可分开地附着到电极单元上。
Description
相关申请的相互参考
本申请要求2003年1月18日向韩国知识产权局申请的韩国专利申请2003-3468的权益，在此通过参考将其公开的内容结合进来。
技术领域
本发明涉及一种锂二次电池，具体涉及一种结构经过改进的电池单元，它能消除电极单元的扭曲，本发明还涉及一种采用了该电池单元的锂二次电池。
背景技术
随着蜂窝电话、笔记本电脑、可携式摄像机等便携式电子设备的发展，对通常能充电和放电的二次电池的研究正在积极地进行着。锂电池可分为镍-镉(Ni-Cd)电池、镍-氢化物(Ni-MH)电池和锂二次电池。具体而言，鉴于锂二次电池的工作电压很高--为3.6V以上(这大约是镍-镉(Ni-Cd)电池或镍-氢化物(Ni-MH)电池的三倍)，并且其单位重量的能量密度极好，因此这种电池发展很快。
根据所采用的电解质，可将锂二次电池分成液体电解质电池和固体电解质电池。一般而言，将采用液体电解质的电池称为锂离子电池，将采用聚合物电解质的电池称为锂聚合物电池。
可将锂二次电池作成各种形状，一般作成圆柱形和长方形。锂聚合物电池(近年来引起了注意)可作成柔软的袋形，这样在形状设计方面比较灵活。此外，锂聚合物二次电池的安全性极好、重量轻，这在实现小型化和轻便的便携式电子设备方面很有利。
在美国专利6391491和6497980中公开了袋型锂二次电池。
图1表示传统的袋型锂二次电池10。参照图1，锂二次电池10包括电极单元11和壳体12，所述壳体提供了容纳电极单元11的空间12a。
电极单元11包括(尽管未示出)正电极板、负电极板和夹在这两个电极板之间的隔板。在正电极板、隔板和负电极板按以上顺序叠置的状态下，该叠置结构被卷成卷绕型。
与厚金属板形成的圆柱形或长方形锂二次电池不同的是，壳体12由薄金属箔和层压在袋型金属箔双面上的绝缘膜构成。在壳体12中设有能容纳电极单元11的空间12a，沿空间12a的外围设置了用于进行热熔接的密封表面12b。
正和负电极引线13和14的末端都与各块电极板电连接，它们伸到密封表面12b之外。在正和负电极引线13和14以及密封表面12b周围缠绕着绝缘带15。
图2是图1所示电极单元11的透视图。参照图2，电极单元11是通过卷绕由正电极板、隔板和负电极板按以上顺序布置而成的层压结构来形成的。正和负电极引线13和14伸到电极单元11之外，以便与外部端子相连。在正和负电极引线13和14周围缠绕着绝缘带15。
为了防止卷绕式电极单元11因其本身所固有的回复力而发生解缠绕，在电极单元11的最外侧表面上缠绕了绝缘部件21。绝缘部件21覆盖在电极单元11上，而所述电极单元包括缠绕在电极单元11的外表面周围的缠绕终止部分11a，这样就能保持电极单元11的形状。
接着，将电极单元11安装到壳体的空间12a内，对沿空间12a的外围形成的密封表面12b进行热熔接，以实现密封。然后，将伸到壳体12外面的正和负电极引线13和14与安装在壳体12的外表面上的保护电路板的端子电连接起来。
但是，传统锂二次电池10存在以下问题。
在按顺序布置具有相反极性的电极板和电极板间所夹置的隔板的状态下的电极单元11时，随着卷绕的进行，会将不同的应力施加到电极单元11的各个部件上。也就是说，施加到正电极板、负电极板和隔板上的应力不均匀。
在这种状态下，如果在电解质注射或充、放电过程中电极板的厚度发生变化，电极单元11(其本身有回复力)发生形变，回复到稳定结构，以最大限度地减小对其施加的应力。
但是，由于电极单元11由绝缘部件21支撑而防止了位置变形，它就不能自由地形变，从而导致图2中虚线所示的扭曲。
发明内容
本发明提供了一种结构经过改进的卷绕式电池单元，它能抑制电极单元的扭曲，本发明还提供了一种采用了该电极单元的锂二次电池。
依照本发明的一个方面，提供了一种含电池单元的电池单元，所述电池单元包括：按以下顺序布置的正电极板、隔板和负电极板；从电极单元的每个电极板中引出的电极引线；以及缠绕在电极单元的最外侧表面周围的终点带，该终点带具有粘结强度较低的粘结层和覆有该粘结层的聚合物薄膜层，该终点带能在电极单元发生形变时可分离地附着到电极单元上。
依照本发明的另一方面，提供了一种含电极单元的锂二次电池，所述电极单元具有：按以下顺序布置的正电极板、隔板和负电极板；从电极单元的每个电极板中引出的电极引线；缠绕在电极单元的最外侧表面周围的终点带，该终点带具有粘结强度较低的粘结层和覆有该粘结层的聚合物薄膜层，该终点带能在电极单元发生形变时可分离地附着到电极单元上；以及壳体，它设有用于容纳带有终点带的电极单元的空间，并具有可沿该空间的外围进行热熔接的密封表面。
附图的简要说明
本发明的这些和/或其它方面和优点可通过对以下实施例的描述、并结合附图而变得显明，或者变得容易理解，附图中：
图1是表示传统锂二次电池的平面图；
图2是表示图1所示的锂二次电池变形的状态的透视图；
图3是依照本发明实施例的锂二次电池的透视图；
图4是图3所述锂二次电池变形的状态的透视图；
图5是图4的横截面视图。
具体实施方式
图3表示依照本发明实施例的锂二次电池30。
参照图3，锂二次电池30包括电极单元31、容纳电极单元31的壳体310。
电极单元31包括正电极板32、负电极板33和夹在它们之间的隔板34。
正电极板32具有正电极活性物质层，该物质层由作为主要成分的锂基氧化物、粘结剂、塑化剂、导电剂等组成，并涂覆在由带形金属箔(例如铝箔)构成的正电极集流器上。从正电极板32中引出一根正电极引线35。在从正电极板32引出正电极引线35的部分周围缠绕着正电极绝缘带36。
负电极板33具有负电极活性物质层，该物质层由作为主要成分的碳材料、粘结剂、塑化剂、导电剂等构成，并涂覆在由带形金属箔(例如铜箔)制成的负电极集流器上。和正电极板32中一样，从负电极板33引出一根电极引线37。在从负电极板33中引出负电极引线37的部分周围缠绕着负电极绝缘带38。
在正电极板32和负电极板33之间布置了至少一块隔板34，用以实现二者之间的绝缘。隔板34由聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯与聚丙烯的共聚物构成。为了防止正或负电极板32和33之间发生短路，有利的是，让隔板34的宽度比正或负电极板32、33的宽。
壳体310包括上壳体320和与上壳体310a相连接的下壳体330。上下壳体320和330都沿至少一个外围彼此焊成一体。
在下壳体330中设有用于容纳电极单元31的空间331。沿空间331的外围形成了下密封表面332。在上壳体332与下壳体330相接合的、对应于下密封表面332的部分形成上密封表面322，上密封表面332与下密封表面332相接触，由此形成密封表面。在将电极单元31装到壳体310的空间331内之后，通过热熔接将上下密封表面322和332彼此密封起来。
上下壳体320和330优选基本由相同材料制成，它被构成为多层结构，包括聚合物绝缘层形成的内涂层311、金属箔形成的中间层312(用以保持成型性)、和聚合物绝缘层形成的外涂层313。
具有上述结构的电极单元31沿一个方向卷绕成以下状态：正电极板32、隔板34、以及负电极板33沿以上顺序顺序地布置，即布置成卷绕式。
将卷绕好的电极单元31装到空间331内。在此，从电极单元31的正负电极板33和34引出的正负电极引线36和37的边缘伸到密封壳体310的外面。
为了获得电极单元31在注射电解质或充/放电过程中可变形的余量，要在电极单元31的外表面上设置可分离的终点带40。终点带40包括聚合物树脂制成的薄膜层41、粘结强度比较低的粘结层42，下面将对它们作详细描述。
图4表示图3所示的电极单元31，图5是图4的横截面视图，其中与前述附图相同的参考数字表示相同的功能元件。
参照图4和5，正电极板32具有涂覆在正电极集流器32a双面上的正电极活性物质层32b、电焊接到正电极集流器32a的区域A上的正电极引线35，所述区域A上未涂覆正电极活性物质层32b。
在正电极板32的外表面上布置隔板34。
在隔板34的与正电极板32相反的另一表面上布置负电极板33。负电极板33具有涂覆在负电极集流器33a的两个表面上的负电极活性物质层33b、电焊接到负电极集流器33a的区域B上的负电极引线37，所述区域B上未涂覆负电极活性物质层33b。
在负电极板33的外表面上布置另一隔板34。
按照这种方式，在正电极板32、隔板34、负电极板34和隔板34按顺序布置的状态下，通过向电极单元31施加预定应力进行卷绕，它们的横截面基本上为椭圆形。
为了防止电极单元31因其本身所固有的回复力而解缠绕，要在电极单元31的最外侧表面周围缠绕终点带40。终点带40覆盖了电极单元31的卷绕终止部分31a。
终点带40由粘结强度低的材料制成，因而在电极单元31发生形变时，它容易与电极单元31分开。也就是说，终点带40包括聚合物薄膜层41和粘结层42。聚合物层41由聚合物树脂制成，例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在该聚合物薄膜层41的内表面上涂覆由粘结强度低的材料制成的粘结层42。
粘结层42优选由粘结强度在500g/25mm以下的材料制成，例如丙烯基粘结剂。当电极单元31变形时，涂覆了低粘结强度的粘结剂层42的聚合物薄膜层41能与电极单元31分开。
带有前述终点带40的电极单元31按以下方式操作。
将电极单元31装在袋形壳体(图3的310)中，然后密封。为了让密封后的锂二次池30稳定，要为它充电和放电。
如上所述，沿一个方向卷绕电极单元31，同时向其施加预定应力，在包括卷绕终止部分31a的电极单元31的外表面周围缠绕具有覆有粘结剂层42的聚合物薄膜层41的终点带40，以防止电极单元31因其本身所固有的回复力而解缠绕。终点带40的粘性因壳体310内存在的电解液而减至最小，该终点带可分离地设置在电极单元31的外表面上。
于是，如图5中的虚线所示，当每个电极板的厚度在充放电过程中发生变化时，如果电极单元31在所施应力减至最小的方向上发生形变，终点带40就会按图5的箭头所示方向与电极单元31的外表面暂时分开。
结果，电极单元31在所施应力减至最小的方向上发生自由形变，从而避免了扭曲。因为终点带40的粘结强度低，这样它就不会牢牢附着在电极单元31的外表面上，所以这是可行的。之后，在电极单元31因其本身所固有的回复力而回复到它的原始形状时，即，在电极单元31沿着与图5中箭头所示的方向移动时，终点带40可再次附着到电极单元31的外表面上。
如上所述，在依照本发明的卷绕式电极单元和采用了该电极单元的锂二次电池中，由于缠在卷绕式电极单元的外表面上的终点带是由粘结强度比较低的材料制成的，因此在电极单元的充放电过程中电极单元发生形变的情况下，该终点带就会与该电极单元暂时分开。于是，电极单元可自由变形，从而避免了扭曲。
尽管已经展示并描述了本发明的若干实施例，但本发明普通技术人员可以理解的是，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，在这些实施例中也可以做成变化，它们的范围由权利要求书及其等效范围来限定。
Claims (10)
1.一种电池单元，它包括：
电极单元，它具有正电极板、隔板和负电极板并按该顺序布置；
电极引线，它从电极单元的每个电极板上引出；以及终点带，它缠绕在电极单元的最外侧表面周围，并具有粘结层和覆有粘结层的聚合物薄膜层，所述粘结层的粘结强度较低，它在电极单元发生形变时能可分开地附着在电极单元上。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中电极单元被缠绕成卷绕式。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其中聚合物薄膜至少由一种选自聚乙烯、聚苯乙烯，聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的组中的材料制成。
4.根据权利要求1所述的电池单元，其中粘结层的粘结强度在500g/25mm以下。
5.根据权利要求1所述的电池单元，其中粘结层由丙烯基粘结剂构成。
6.一种锂二次电池，它包括：
电极单元，它具有正电极板、隔板和负电极板并按该顺序布置；
电极引线，它从电极单元的每个电极板上引出；以及终点带，它缠在电极单元的最外侧表面周围，并具有粘结层和覆有粘结层的聚合物薄膜层，所述粘结层的粘结强度较低，它在电极单元发生形变时能可分开地附着在电极单元上；以及
壳体，它设有能容纳带有终点带的电极单元的空间，并具有可沿该空间的外围进行热熔接的密封表面。
7.根据权利要求6所述的锂二次电池，其中电极单元被卷绕成卷绕式。
8.根据权利要求6所述的锂二次电池，其中聚合物薄膜至少由一种选自以下物质组成的组中的材料制成：聚乙烯、聚苯乙烯，聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
9.根据权利要求6所述的锂二次电池，其中粘结层由丙烯基粘结剂制成。
10.根据权利要求6所述的锂二次电池，其中终点带的粘结强度在适合形变的500g/25mm以下，这样粘结强度比较低的粘结层能暂时与电极单元的外表面分开，并能在电池单元因其本身所固有的回复力而回复到它的原始形状时，再次附着到包括卷绕终止部分的电极单元的外表面上。
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