CN1753230A - 具有胶卷型电极组件的可再充电电池 - Google Patents

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Abstract

公开了一种可再充电电池，包括：胶卷型电极组件，该胶卷型电极组件包括两个极性不同的电极和用于防止这两个电极间电气短路的隔板。该电池进一步包括用于存放该电极组件的壳体和由不同材料制成的，用于将该电极组件的两个电极通过该壳体连接至外电路的电极接线片。其中各电极接线片的厚度不同。由于电极接线片较薄，因此可以减小该胶卷外表面上突起部分的厚度，并可减小该突起部分附近活化材料上的压力。

Description

具有胶卷型电极组件的可再充电电池
相关申请的交叉参考
本申请要求享有2004年9月24日在韩国知识产权局申请的第2004-0077229号韩国专利申请的优先权，并受益于该申请，该申请的公开全部并入此处作为参考。
技术领域
本发明涉及一种包含胶卷型电极组件的可再充电电池，该电极组件包括两个电极和用于使这两个电极绝缘的隔板。
背景技术
如今，许多领域都在开发可再充电电池来使用，这是因为可再充电电池具有包括可反复充电、体积小且容量大等诸多优点。例如，镍金属氢化物(Ni-MH)电池、锂(Li)电池和锂离子电池都可被拿来使用。
在大多数可再充电电池中，裸电池都是通过将电极组件放在电池容器中并用盖子密封该电池容器形成的。该容器可以是袋子或由铁、铝或铝合金制成的金属罐。可再充电电池的电解液可以是固体聚合物、浸有电解液的凝胶型聚合物、或电解液离子与溶剂混合的液体聚合物。
密封的裸电池被连接到安全装置上，例如正温度系数(PTC)装置、热熔丝、和保护电路模块(PCM)及其它附件，然后被装在单独的壳体中。在存在于裸电池和这些附件之间的间隙内填充或涂覆塑料树脂，以使其具有包装起来的外观。
关键是制造能储存大量电能而且体积小又重量轻的可再充电电池。为了提高电功容量，必须增加电解液和活化材料间的接触面积。通常，活化材料被大面积地涂覆在电极板上，以增加活化材料的表面积和对产生电能有贡献的活化材料的比率。
涂有活化材料的电极板被卷绕成辊形，从而减小可再充电电池的体积。在某些情况下，将多个电极板按照它们的极性交替堆叠起来。将极性相同的电极板连接起来，从而得到电池的正电极和负电极。而且，将隔板插在极性不同的电极之间，从而防止内部短路。
图1为透视图，例示常规锂可再充电电池中的胶卷型电极组件的一个电极。
图2为横截面图，例示由第一电极、第二电极和隔板卷绕而成的胶卷型电极组件。
参见图1，电极板可为长方形，在其两端具有未涂覆活化材料131的未涂覆部分。接线片17被连接到未涂覆部分上，以便将储存在电极板上的电荷引出，并将其转移到外接电线上。通常，电极板是通过将浆料涂覆于集流体上而形成的，该集流体可为铝箔、铝网或铜箔，而浆料是由活化材料和树脂等混合而成。
在如图2所示的常规胶卷型电极组件中，用于将电极板连接到外部设备上的接线片16和17被连接到集流体上，然后将这一堆东西卷起来。因此，当电极板与接线片16和17完全卷绕在一起时，就会在图2所示的胶卷型电极组件的外表面上形成突起部分A。
用于容纳电极组件的罐的大小与电极组件相匹配，从而使得成品电池的体积最小。另外，接线片16和17要非常薄，例如，它们可以为大约0.1mm厚。虽然接线片很薄，但当它们与电极板卷绕在一起时，在胶卷型电极组件外表面上突起的电极板部分却不容忽视。当该电极组件被插入罐中时，该突起部分可能被阻挡在罐的开口上。而且，当电极组件被插入罐中并与该罐组装在一起时，该突起部分可能在该胶卷的重叠部分中的活化材料上产生压力，这会妨碍电化学反应并使该电池的电容量减小。当该突起部分较厚时，这一问题还会加剧。尤其当负电极位于胶卷的中心时，这一问题会更加严重。
发明内容
本发明提供一种具有胶卷型电极组件的可再充电电池，该电极组件具有在其外表面上形成的突起部分，且通过本发明，可减小该突起部分的厚度，并可减小该突起部分在活化材料上产生的压力。
对于常规胶卷型电极组件来说，镍质接线片通常位于该电极组件的中心，且与该镍质接线片重叠的电极的突起部分较大，与上述常规胶卷型电极组件不同，由于镍质接线片做得比较薄，因此本发明可防止因插入的接线片所造成的活化材料被挤压。
另外，由于常规的电极接线片位于胶卷的内部，因此通常会加大该胶卷的尺寸。所以，可通过将由具有较高抗张强度的材料制成的接线片置于内侧来减小整个胶卷的体积，并防止电极组件不易插入罐中。
本发明的其它特征将在以下描述中进行说明，且其中的部分特征可从这些描述中清楚地看到，或者通过实施本发明来获悉。
本发明公开了一种电池，包括：胶卷型电极组件，该电极组件具有两个极性不同的电极和用于防止这两个电极间电气短路的隔板。该电池进一步包括用于存放该电极组件的壳体，以及由不同材料制成且厚度不同的电极接线片。该电极接线片将该电极组件的两个电极通过壳体连接到外电路上。
其中一个电极接线片可为镍质接线片，而另一个可为铝质接线片。这时，镍质接线片的厚度可等于或小于铝质接线片的厚度的60％(例如，50％)。
需要理解的是：上面的整体描述和下面的详细描述都是示范性和解释性的，目的在于进一步解释权利要求所保护的本发明。
附图说明
以下附图用于进一步帮助理解本发明，它们被并入该说明书中作为该说明书的一部分，这些附图用于说明本发明的实施例，并与该描述一起用于解释本发明的原理。
图1为透视图，例示常规锂可再充电电池中的胶卷型电极组件；
图2为横截面图，例示由第一电极、第二电极和隔板卷绕而成的胶卷型电极组件；
图3为分解透视图，例示根据本发明一示范性实施例的锂离子可再充电电池中的裸电池；
图4为横截面图，例示根据本发明一示范性实施例的可再充电电池的胶卷型电极组件。
具体实施方式
图3为分解透视图，例示根据本发明一示范性实施例的锂离子可再充电电池。
参见图3，该锂离子可再充电电池的裸电池包括罐11、存放于罐11内的电极组件12、以及与罐11的敞口表面结合以密封该表面的盖组件。
电极组件12是通过卷绕包括正极板13、负极板15和插于它们之间的隔板14的堆而形成的。且此正极板13为薄板或薄膜。正极板13包括正集流体，该正集流体包括导电性能高的金属薄膜，例如铝箔或铝网等。该正极板13还包括正极活化材料层，该正极活化材料层包括涂覆于正集流体的一个或两个表面上的锂基氧化物。正极接线片16被连接到正极板13的未涂覆部分上，在该未涂覆部分上没有正极活化材料层。
类似地，负极板15包括负集流体和负极活化材料层，其中，负集流体包括导电性能高的金属薄膜，例如铜箔或铜网。负极活化材料层包括涂覆于负集流体的一个或两个表面上的碳基材料。负极接线片17也与负极板15的未涂覆部分连接，在该未涂覆部分上没有负极活化材料层。
电极接线片16和17与它们各自的集流体连接，并可在垂直方向上沿该胶卷型电极组件的卷绕轴向盖组件延伸。正极接线片16的一端与正极板13连接，另一端被焊接到盖板110的下表面。负极接线片17的一端与负极板15连接，另一端被折叠成“之”字形，并被焊接到电极端子130的下端。
正极板13和负极板15的极性可以互换。而且，正极接线片16和负极接线片17的极性也可以互换。在正极接线片16和负极接线片17与电极组件12连接的边界处加有一条绝缘带18，以防止两电极板13和15间电气短路。
隔板14可包括，但不限于聚乙烯、聚丙烯、或聚乙烯与聚丙烯的共聚物制成。隔板14宽于正极板13或负极板15，以防止两电极间电气短路。
在袋型锂离子聚合物电池中，电解液可以是充当隔板的固体聚合物电解液或者被吸收于隔板内的固体或凝胶型电解液。相反，在罐型锂离子电池中，含有离子的液体聚合物可被注入罐内的电极组件中。
罐可以是长方体形或圆柱形，且可包含铝、铝合金、或其它金属，例如铁。当电极组件12被插入罐内后，用具有盖板110的盖组件封闭其敞口顶面。虽然罐本身可以充当端子，但根据该实施例，由该盖组件的盖板110作为正极端子。
盖组件包括平板形盖板110，该盖板110的大小和形状与罐的顶面相似。用于安装电极端子的端子通孔111可位于盖板110的中心。用于使电极端子130与盖板110绝缘的垫圈120位于可通过盖板110的中心插入的电极端子130的周围。绝缘板140位于盖板110下方。端板150也安装在绝缘板140的下方。
电极端子130被插入端子通孔111内，同时用垫圈120罩住其圆周面。电极端子130的下表面与端板150连接，绝缘板140介于两者之间。
在电极组件12的顶面上有一绝缘壳190，该绝缘壳190可使电极组件12与盖组件绝缘，并同时盖住电极组件12的开口。绝缘壳190优选包含具有绝缘性能的聚合物树脂，例如聚丙烯。绝缘壳190具有供负极接线片17插入的通孔191。可以选择在绝缘壳190的边缘附近或通孔191附近提供一电解液孔192。
盖板110上有一电解液入口112。当电解液注入之后，塞子160被插入该电解液入口112并将其密封。塞子160可以是包含诸如铝或铝合金等金属的球形原材料。塞子160可通过施加机械压力或用力将其插入电解液入口112内而在电解液入口112上形成。
图4为横截面图，例示根据本发明一示范性实施例的可再充电电池的胶卷型电极组件。该胶卷型电极组件是通过将正极板13、负极板15以及隔板14和14’进行卷绕而形成的。
参见图4，显然，与图2所示的常规胶卷型电极组件相比，负极接线片17的厚度减小了，最终的胶卷型电极组件的厚度也相应减小了。该厚度的减小可以减小靠近突起部分的活化材料上的压力。
当集流体包含铝时，则电极接线片16和17也包含铝，而当集流体包含铜时，则电极接线片16和17可包含镍。包含铝的电极接线片具有约30kgf/mm2的抗张强度，而包含镍或镍铁合金电极接线片则具有在50kgf/mm2至70kgf/mm2之间的抗张强度。例如，两电极接线片均可为大约100μm。由于电极接线片的厚度根据抗张强度较小的那个接线片来决定，假定电极接线片被焊接到电极端子或安全装置上，且具有足够的机械强度，与负极板连接的镍质负极接线片17具有盈余的厚度。因此即使该与铜电极连接的镍质负极接线片17的厚度仅为50μm，也可满足对它的抗张强度要求。
电极接线片的厚度需恒定。理想情况下，推荐镍质电极接线片的厚度为铝质正极接线片16厚度的50％假定镍质负极接线片17的抗张强度为铝质电极接线片的抗张强度的两倍。这样，突起部分的厚度B与图2所示的突起部分的厚度A相比就相对减小。
然而，由于在形成电极组件时，接线片可被过度挤压，因而电极接线片的厚度可以非常薄，例如为50μm或100μm，而且电极接线片的厚度可因制造过程而不同，因此最好为接线片16和17的厚度留出，例如大约10％左右的安全余量，该安全余量将使得厚度和组成材料不同的两个接线片的抗张强度之差的最大允许范围为铝质正极接线片16或镍质负极接线片17的期望抗张强度的20％之内。
尽管已经就具有不同抗张强度和不同厚度的电极接线片，对上述实施例进行了说明，但两电极接线片之间组成材料性质的差异可能造成其它性质的差异。因此，根据其它性质的差异也可减小电极组件的厚度。特别地，当接线片做得比较薄时，可以防止电极组件的活化材料受压。而且，采用薄的接线片作为位于电极组件中心的接线片也可更有效地防止这一问题。
本领域的普通技术人员将会明白，只要不背离本发明的精神或范围，可对本发明进行各种改变或变化。因此，本发明意在覆盖所附权利要求及其等同替换范围之内的对本发明的修改和变化。

Claims (10)

1、一种可再充电电池，包括：
电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和用于防止这两个电极间电气短路的隔板；
用于存放电极组件的壳体；和
由不同材料制成的，用于将电极组件的两个电极通过所述壳体连接至外电路的电极接线片，
其中各电极接线片的厚度不同。
2、如权利要求1所述的可再充电电池，其中较薄的电极接线片的抗张强度高于较厚的电极接线片的抗张强度。
3、如权利要求2所述的可再充电电池，其中所述电极接线片间的抗张强度之差不超过较小抗张强度的20％。
4、如权利要求2所述的可再充电电池，其中所述电极接线片中抗张强度较大的一个位于所述胶卷型电极组件的中心。
5、如权利要求2所述的可再充电电池，其中所述电极接线片中的一个包含镍，另一个包含铝。
6、如权利要求1所述的可再充电电池，其中较薄接线片的厚度等于或小于较厚接线片的厚度的60％。
7、如权利要求6所述的可再充电电池，其中较薄接线片的厚度等于或小于较厚接线片的厚度的50％。
8、如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述电极接线片中的一个包含镍，另一个包含铝。
9、如权利要求8所述的可再充电电池，其中包含镍的接线片的厚度等于或小于包含铝的接线片的厚度的60％。
10、如权利要求1所述的可再充电电池，其中较薄的电极接线片位于所述胶卷型电极组件的中心。
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