CN1753238A - 锂二次电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有防止锂二次电池的电极组件变形的变形预防装置的锂二次电池及其制造方法。锂二次电池包括电极组件，电极组件包括其上附着有第一电极接线片的第一电极板、其上附着有第二电极接线片的第二电极板和该第一和第二电极板之间的隔板。电极组件通过卷绕第一和第二电极板以及隔板形成。变形预防条附着在电极组件的至少一部分上，并以基本上垂直于电极组件卷绕方向的方向卷绕。包括变形预防条的电极组件被装入电池壳体中。该组件密封壳体，并包括电连接到电极组件的电极端子。
Description
技术领域
本发明涉及锂二次电池及其制造方法，更具体地说，涉及包括防止电极组件变形的装置的锂二次电池及其制造方法。
背景技术
近来，广泛发展和生产了包括蜂窝电话、便携式计算机和可携式摄像机的简洁轻便的电器。这样的便携式电器在没有分离电源时通过电池组工作。电池组包括至少一个电池，以在规定的时间内生成操作电器所必需的电压。
近来将二次电池用于这些电池组，因为它们可充电和再充电，从而使其更经济。二次电池的典型例子包括镍-镉(Ni-Cd)电池、镍-氢(Ni-MH)电池、锂(Li)电池和锂离子电池。锂二次电池是特别有吸引力的，这是因为它们工作在3.6V，这一电压比普遍用作便携式电器的电源的镍-镉电池和镍-氢电池的电压大三倍多。另外，锂二次电池具有高的每单位重量能量密度。
锂二次电池使用基于锂的氧化物作为正电极活性物质，使用碳材料作为负电极活性物质。锂二次电池通常根据所使用的电解液类型分类，一般分成使用液体电解液的锂离子电池和使用聚合物电解液的锂聚合物电池。锂二次电池可以为多种形状，包括圆柱形、方形和袋状。
锂二次电池一般包括用正电极活性物质涂覆的正电极板、用负电极活性物质涂覆的负电极板和位于正负电极板之间的隔板。隔板用来防止短路并仅允许锂离子移动。通过卷绕正电极板、负电极板和隔板形成电极组件。二次电池还包括用于容纳该卷绕的电极组件的电池壳体。电解液注入该锂二次电池壳体内，以允许锂离子移动。
锂二次电池的电极组件首先通过将正负电极活性物质分别涂敷到具有金属底板的正负电极集电体上。然后将正负电极板与隔板一起卷绕，以形成电极组件。
然而，由于金属电极集电体的弹性，这些卷绕的电极组件可能松散。金属的弹力使得金属电极集电体松散，并因此使电极组件松散。为了防止组件以这种形式松散，提出了卷绕电极组件的外周的卷绕固定带。这些卷绕固定带以与电极组件自身卷绕方向相同的方向围绕电极组件的外围。
然而，这样的卷绕固定带不能防止电极组件的膨胀，而这在电池误操作，例如过度充电时会发生。这种误操作使电极组件在充电过程中膨胀，并在正负电极板之间产生短路。
结果，充电过程中的电极组件的热稳定性恶化。
发明内容
在本发明的一个实施例中，提供了一种具有变形预防条的锂二次电池。在另一个实施例中，提供了制造具有变形预防条的锂二次电池的方法。
锂二次电池总地来说包括电极组件，该电极组件包括其上附着有第一电极接线片的第一电极板、其上附着有第二电极接线片的第二电极板以及插入该第一和第二电极板之间的隔板。电极组件通过卷绕第一和第二电极板以及隔板而形成。在电极组件的至少一部分上附着有变形预防条。在一个实施例中，变形预防条包括沿着基本上垂直于电极组件的卷绕方向的方向围绕电极组件卷绕的带。锂二次电池还包括用于容纳电极组件的壳体和与该壳体连接以密封壳体的盖组件。盖组件包括与电极组件电连接的端子部分。
在一个实施例中，变形预防条沿着电极组件的外周延伸，并在第一和第二电极接线片之间延伸。根据此实施例的变形预防条以基本上垂直于电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件卷绕。
在一个可替代实施例中，变形预防条包括以基本上垂直于电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件的外周卷绕的第一部件。该变形预防条还包括以基本上平行于电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件的外周卷绕的第二部件。
在另一个实施例中，变形预防条具有第一和第二端，第一端在靠近电极组件的第一平坦表面的顶部的位置附着在电极组件上。第二端在靠近电极组件的第一平坦表面的底部的位置附着，第一平坦表面上留有没有附着变形预防条的区域。变形预防条在电极组件的顶表面上的第一和第二电极接线片之间延伸。变形预防条然后沿着电极组件的第二平坦表面延伸，并完全覆盖第二平坦表面。变形预防条然后横过电极组件的底表面延伸，变形预防条的第二端在靠近电极组件的第一平坦表面的底部终止。
在还有一个实施例中，电极组件变形预防条具有第一和第二端，第一端在靠近电极组件的第一平坦表面的底部的位置附着在电极组件上。第二端在靠近电极组件的第二平坦表面的底部的位置附着。变形预防条沿着电极组件的第一平坦表面，从靠近电极组件的第一平坦表面的底部的位置延伸，并在电极组件的顶部上的第一和第二电极接线片之间延伸。变形预防条然后沿着电极组件的第二平坦表面延伸，并在靠近第二平坦表面的底部的位置终止。
在又一个实施例中，变形预防条具有第一和第二端，第一端在靠近电极组件的第一平坦表面的顶部的位置附着。第二端在靠近电极组件的第二平坦表面的顶部的位置附着。变形预防条沿着电极组件的第一平坦表面，从靠近电极组件的第一平坦表面的顶部的位置延伸，并横过电极组件的底部。变形预防条然后沿着电极组件的第二平坦表面延伸，并在靠近第二平坦表面的顶部的位置终止。
在一个实施例中，变形预防条包括胶粘带。合适的胶粘带的非限定示例包括包含从聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚及其化合物的组中选择的化合物的带。
在一个实施例中，变形预防条的宽度足以横跨第一和第二电极接线片之间的距离的至少一半。
在另一个实施例中，一种制造锂二次电池的方法包括首先形成电极组件。电极组件包括其上附着有第一电极接线片的第一电极板、其上附着有第二电极接线片的第二电极板和置于该第一和第二电极板之间的隔板。第一和第二电极板和隔板被卷绕，以形成电极组件。该方法进一步包括将变形预防条附着在电极组件的至少一部分上。变形预防条以基本上垂直于电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件的外周卷绕。最后，将具有附着的变形预防条的电极组件容纳在壳体中。
附图说明
本发明的上述和其它特征和优点通过以下参照附图的详细描述将更加明显，其中：
图1是根据本发明一个实施例的锂二次电池的分解透视图；
图2a是根据本发明一个实施例的锂二次电池的电极组件和变形预防条的透视图；
图2b是图2a的锂二次电池的电极组件和变形预防条的前视图；
图3a是根据本发明另一实施例的锂二次电池的电极组件和变形预防条的透视图；
图3b是图3a的锂二次电池的电极组件和变形预防条的前视图；
图4a是根据本发明第三实施例的锂二次电池的电极组件和变形预防条的透视图；
图4b是图4a的锂二次电池的电极组件和变形预防条的侧视图；
图5a是根据本发明第四实施例的锂二次电池的电极组件和变形预防条的透视图；
图5b是图5a的锂二次电池的电极组件和变形预防条的侧视图；
图6a是根据本发明第五实施例的锂二次电池的电极组件和变形预防条的透视图；
图6b是图6a的锂二次电池的电极组件和变形预防条的侧视图；
图7a是根据本发明一个实施例的装入未密封的壳体内的电极组件和变形预防条的透视图；
图7b是根据本发明一个实施例的具有未密封的电解液注入孔的锂二次电池的透视图；和
图7c是根据本发明一个实施例的具有密封的电解液注入孔的锂二次电池的透视图。
具体实施方式
下面，参照附图描述本发明的示例性实施例。在以下的描述和附图中，相同的附图标记指示相同的元件，以省略对相同或相似元件的重复描述。
图1是根据本发明一个实施例的锂二次电池的分解透视图。参见图1，根据本发明一个实施例的锂二次电池100包括锂二次电池壳体110、容纳在锂二次电池壳体110内的胶卷形电极组件200、用于防止电极组件200变形的变形预防条300以及连接到锂二次电池壳体110顶端的盖组件400。
锂二次电池壳体110包括金属材料，并制成近似方形。壳体本身可用作电极。
电极组件200包括第一电极板210，其上附着有第一电极接线片215；第二电极板220，具上附着有第二电极接线片225；以及置于第一电极板210和第二电极板220之间的隔板230。取决于接线片附着到正电极板或负电极板，第一和第二电极接线片215和225的每一个分别可以是正电极接线片或负电极接线片。第一和第二电极板210和220分别和隔板230卷绕在一起，从而形成电极组件200。电极组件200然后容纳在锂二次电池壳体110中。第一和第二电极接线片215和225分别附着到电极组件200的部分由绝缘带240绝缘，以分别避免第一和第二电极板210和220之间短路。
变形预防条300防止电极组件200由于误电池操作(例如过度充电)造成的松散和膨胀。变形预防条300包括胶粘带，其可以包括从包含聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、其等效物和其混合物的组中选择的化合物。
变形预防条300附着在电极组件200外围的至少一部分上。变形预防条300以基本上垂直于电极组件200卷绕方向的方向绕电极组件200的外周卷绕。在一个实施例中，变形预防条300在分别位于电极组件的上表面上的第一和第二电极接线片215和225之间延伸。
盖组件400包括其形状和大小对应于锂二次电池壳体110开口的平坦盖板410。盖板410具有在其中心的端子通孔411、在通孔411一侧的电解液注入孔412、以及在通孔411的另一侧的安全阀417。电解液注入孔412可以由塞415密封。安全阀417防止锂二次电池100内部压力升高时爆炸。
电极端子420，例如负电极端子，被设置为它能插入端子通孔411。放置在端子通孔411周围的管形垫圈430将电极端子420与盖板410电绝缘。绝缘板440位于盖板410的底表面。端子板450置于绝缘板440的底表面。
电极端子420插入垫圈430和端子通孔411。电极端子420穿过绝缘板，并与端子板450电连接。
附着到第一电极板210的第一电极接线片215焊接在盖板410的底表面。附着到第二电极板220的第二电极接线片225焊接在电极端子420的底表面。
绝缘壳460置于电极组件200的开口顶表面，以将电极组件200从盖组件400电绝缘，并覆盖电极组件200的开口顶表面。绝缘壳460具有电解液注入通孔462，其位置使得它可以和盖板410的电解液注入孔412连通。绝缘壳460包括具有良好绝缘性质的大分子重量树脂。绝缘壳的适当成分的一个非限制示例为聚丙烯。
图2a是根据本发明一个实施例的锂二次电池的电极组件和变形预防条的透视图。图2b是图2a的锂二次电池的电极组件和变形预防条的前视图。
参见图2a和图2b，根据本发明一个实施例的锂二次电池100的电极组件200包括沿着电极组件200外围的至少一部分延伸的变形预防条300。变形预防条300包括具有预定宽度的胶粘带，并沿着电极组件200的外围的至少一部分延伸。变形预防条300以基本上垂直于电极组件200卷绕方向的方向绕电极组件200的外围卷绕。在所示出的实施例中，变形预防条300绕电极组件200的整个外围延伸，并在第一和第二电极接线片215和225之间越过电极组件200的顶表面延伸。
变形预防条300防止电极组件200由于误电池操作，例如过度充电，造成的松散和变形或膨胀。这防止了由电极组件200膨胀引起的第一和第二电极板210和220之间短路。
变形预防条300的宽度W是电极组件200的第一和第二电极接线片215和225之间距离D的至少一半。如果宽度W小于距离D的大约一半，就不能有效地防止电极组件200的膨胀和/或变形。
变形预防条300可以包括胶粘带，其成分从包含聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、其等效物和其混合物的组中选择。
图3a是根据本发明另一实施例的锂二次电池的电极组件和变形预防条的透视图，图3b是图3a的锂二次电池的电极组件和变形预防条的前视图。
参见图3a和图3b，根据本发明另一实施例的变形预防条500的结构与图2a和图2b示出的变形预防条300的结构相似。然而，图3a和图3b所示的图形预防条500包括第一和第二变形预防条510和520。
变形预防条500包括具有预定宽度的胶粘带，并包括沿着电极组件200的外围延伸的第一变形预防条510。第一变形预防条510以基本上垂直于电极组件200卷绕方向的方向围绕电极组件200整个外围卷绕。第二变形预防条520以基本上平行于电极组件200卷绕方向的方向围绕电极组件200整个外围卷绕。第一变形预防条510可以在第一和第二电极接线片215和225之间延伸，其宽度W1是第一和第二电极接线片215和225之间距离D的至少一半。第二变形预防条520的宽度W2是第一和第二电极接线片215和225之间距离D的至少一半。变形预防条500的第一和第二变形预防条510和520更有效地防止了电极组件200变形，例如膨胀。
图4a是根据本发明第三实施例的锂二次电池的电极组件和变形预防条的透视图，图4b是图4a的锂二次电池的电极组件和变形预防条的侧视图。
参见图4a和图4b，根据本发明第三实施例的变形预防条600的结构和图2a和图2b所示的变形预防条300的结构相似。然而，图4a和图4b所示的变形预防条600并不延伸电极组件200的整个外围延伸。相反，变性预防条600具有近似形的结构。
更具体地说，变形预防条600具有第一端600a和第二端600b，第一端600a在靠近电极组件200的第一平坦表面200a的顶部附着在电极组件200上。第二端600b在靠近电极组件200的第一平坦表面200a的底部附着在电极组件200上，留下第一平坦表面的一部分区域没有附着变形预防条600。变形预防条600在电极组件200的顶表面200c上的第一和第二电极接线片215和225之间延伸。变形预防条600然后沿着电极组件200的第二平坦表面200b延伸，并完全覆盖第二平坦表面200。变形预防条600然后越过电极组件200的底表面200d延伸，变形预防条600的第二端600b终止于靠近电极组件200的第一平坦表面200a的底部。这样，如图4b所示，变形预防条600从侧面方向看就具有近似形的结构。
图5a是根据本发明第四实施例的锂二次电池的电极组件和变形预防条的透视图，图5b是图5a的锂二次电池的电极组件和变形预防条的侧视图。
参见图5a和图5b，根据本发明第四实施例的变形预防条700的结构和图2a和图2b所示的变形预防条300的结构相似。然而，变形预防条700以近似形的结构绕电极组件200的外围卷绕。
更具体地说，变形预防条700具有第一端700a和第二端700b，第一端700a在靠近电极组件200的第一平坦表面200a的底部附着在电极组件200上。第二端700b在靠近电极组件200的第二平坦表面200b的底部附着在电极组件200上。变形预防条700沿着电极组件200的第一平坦表面200a，从靠近电极组件200的第一平坦表面200a的底部延伸，并在电极组件200的顶表面200c上的第一和第二电极接线片215和225之间延伸。变形预防条700然后沿着电极组件200的第二平坦表面200b延伸，终止于靠近第二平坦表面200b的底部。这样，如图5b所示，变形预防条700从侧面方向看就具有近似形的结构。
图6a是根据本发明第五实施例的锂二次电池的电极组件和变形预防条的透视图，图6b是图6a的锂二次电池的电极组件和变形预防条的侧视图。
参见图6a和图6b，根据本发明第五实施例的变形预防条800的结构和图2a和图2b所示的变形预防条300的结构相似。然而，变形预防条800以近似形的结构绕电极组件200的外围卷绕。
更具体地说，变形预防条800具有第一端800a和第二端800b，第一端800a在靠近电极组件200的第一平坦表面200a的顶部附着。第二端800b在靠近电极组件200的第二平坦表面200b的顶部附着。变形预防条800沿着电极组件200的第一平坦表面200a，从靠近电极组件200的第一平坦表面200a的顶部延伸，并越过电极组件200的底表面200d。变形预防条800然后沿着电极组件200的第二平坦表面200b延伸，终止于靠近第二平坦表面200b的底部的位置。这样，如图6b所示，变形预防条800从侧面方向看就具有近似形的结构。
图7a至图7c示出根据一个实施例方法的制造锂二次电池的不同阶段中的锂二次电池100。参见图7a，为了形成电极组件200，首先通过依次层压第一电极板210、隔板230和第二电极板220。然后将第一电极接线片215附着到第一电极板，将第二电极接线片225附着到第二电极板。然后卷绕第一电极板210、隔板230和第二电极板220，形成电极组件200。
在电极组件200形成后，根据上述实施例中的一个的变形预防条被附着到电极组件200。例如，变形预防条300可以按如图2a和图2b所示附着。可替代地，变形预防条500可以按如图3a和图3b所示附着。在另一个实施例中，变形预防条600可以按如图4a和图4b所示附着。另外，变形预防条700可以按如图5a和图5b所示附着。最后，变形预防条800可以按如图6a和图6b所示附着。
在某些实施例中，变形预防条300、500、600、700或800包括胶粘带，其成分从包含聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚、其等效物和其混合物的组中选择得到。
如图7a所示，在将变形预防条300、500、600、700或800附着到电极组件200后，包括变形预防条300、500、600、700或800的电极组件200被插入锂二次电池壳体110内。
如图7b所示，在电极组件200插入锂二次电池壳体110内后，绝缘壳460置于电极组件200的顶端，以将电极组件200从盖组件400绝缘，并覆盖电极组件200的顶端。
在绝缘壳460置于电极组件200的顶端后，盖组件400连接到锂二次电池壳体110的顶端。盖组件400包括具有端子通孔411、电解液注入孔412和安全阀417的盖板410。盖组件400还包括插入到端子通孔411同时用垫圈430从盖板410绝缘的电极端子420。绝缘板440置于盖板410下表面上，端子板450置于绝缘板440下表面上。端子板450与电极端子420电连接。
电极组件200的第一电极接线片215接着粘结到盖板410，将第一电极接线片215电连接到盖板410。第二电极接线片225粘结到端子板450，将其与电极端子420电连接。
盖组件400的盖板410接着通过合适的方法，例如激光焊接，连接到锂二次电池壳体110的顶端。
如图7c所示，在盖组件400连接到锂二次电池壳体110的顶端后，电解液通过电解液注入孔412注入。接着用塞415密封电解液注入孔412，以形成锂二次电池100。
如上所述，本发明的锂二次电池100包括卷绕在电极组件200外围的变形预防条300、500、600、700或800，以预防电极组件200在充电过程中由于膨胀而造成的松散和变形。变形预防条300、500、600、700或800避免了第一和第二电极板210和220之间短路。因此，变形预防条300、500、600、700或800提高了锂二次电池100的安全性。
上面以示例为目的详细描述了本发明的示例性实施例。但是，本领域技术人员应该理解不脱离所附权利要求公开的本发明范围和精神的各种修改、添加和替换都是可能的。
Claims (16)
1、一种锂二次电池，包括：
卷绕的电极组件，包括：
第一电极板，
附着在第一电极板上的第一电极接线片，
第二电极板，
附着在第二电极板上的第二电极接线片，
置于第一和第二电极板之间的隔板，和
附着在该电极组件的至少一部分上的变形预防条，其中该变形预防条以基本上垂直于电极组件卷绕方向的方向围绕该电组件卷绕；
用于容纳该电极组件的电池壳体；和
用于密封该电池壳体的盖组件。
2、如权利要求1所述的锂二次电池，其中所述盖组件包括电连接到该电极组件的端子。
3、如权利要求1所述的锂二次电池，其中该变形预防条越过该电极组件的顶表面延伸。
4、如权利要求3所述的锂二次电池，其中该变形预防条以基本上垂直于电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件的整个外围卷绕。
5、如权利要求3所述的锂二次电池，其中该变形预防条包括：
以基本上垂直于所述电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件外围卷绕的第一变形预防条，和
以基本上平行于所述电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件外围卷绕的第二变形预防条。
6、如权利要求3所述的锂二次电池，其中所述变形预防条包括第一端和第二端，变形预防条的第一端附着在电极组件的第一平坦表面的顶部附近，变形预防条的第二端附着在电极组件的第一平坦表面的底部附近，变形预防条越过电极组件的顶表面延伸，并沿着电极组件的第二平坦表面继续延伸，越过电极组件的底表面，然后终止于电极组件的第一平坦表面的底部附近的第二端。
7、如权利要求3所述的锂二次电池，其中所述变形预防条包括第一端和第二端，第一端附着在电极组件的第一平坦表面的底部附近，第二端附着在电极组件第二平坦表面的底部附近，变形预防条从第一平坦表面的底部开始，沿着第一平坦表面并越过电极组件的顶表面延伸，然后沿着电极组件的第二平坦表面延伸，终止于电极组件的第二平坦表面的底部附近。
8、如权利要求1所述的锂二次电池，其中变形预防条包括第一端和第二端，第一端附着在电极组件第一平坦表面的顶部附近，第二端附着在电极组件第二平坦表面的顶部附近，变形预防条从第一平坦表面的顶部开始延伸，沿着第一平坦表面，越过电极组件的底表面，然后沿着电极组件的第二平坦表面延伸，终止于电极组件的第二平坦表面的预部附近。
9、如权利要求1所述的锂二次电池，其中变形预防条包括胶粘带。
10、如权利要求9所述的锂二次电池，其中第一和第二电极接线片被彼此间隔开一段距离，变形预防条的宽度为第一和第二电极接线片之间距离的至少一半。
11、如权利要求9所述的锂二次电池，其中胶粘带的成分选自包含聚乙烯、聚丙烯和聚苯硫醚及其混合物的组。
12、一种锂二次电池，包括：
具有第一和第二表面的卷绕的电极组件，包括：
第一电极板，
附着在第一电极板上的第一电极接线片，
第二电极板，
附着在第二电极板上的第二电极接线片，
置于第一和第二电极板之间的隔板，和
附着在电极组件的顶表面和底表面的至少一个的变形预防条，其中变形预防条围绕电极组件的第一和第二表面的至少一个卷绕；
用于容纳该电极组件的电池壳体，和
用于封闭该电池壳体的盖组件。
13、一种制造锂二次电池的方法，包括：
卷绕电极组件，该电极组件包括：
第一电极板，
附着在第一电极板上的第一电极接线片，
第二电极板，
附着在第二电极板上的第二电极接线片，和
置于第一和第二电极板之间的隔板；
在电极组件的至少一部分上附着变形预防条，其中变形预防条沿着基本上垂直于电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件的至少一部分卷绕；和
将该电极组件容纳在电池壳体中。
14、如权利要求13所述的方法，其中附着变形预防条的步骤包括：
在电极组件第一平坦表面的顶部附近附着变形预防条的第一端；
越过电极组件的顶表面卷绕变形预防条；
沿着电极组件的第二平坦表面卷绕变形预防条；
越过电极组件的底表面卷绕变形预防条；和
在电极组件第一平坦表面的底部附近附着变形预防条的第二端，其中变形预防条以基本上垂直于电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件卷绕。
15、如权利要求13所述的方法，其中附着变形预防条的步骤包括：
在电极组件第一平坦表面的底部附近附着变形预防条的第一端；
沿着电极组件的第一平坦表面卷绕变形预防条；
越过电极组件的顶表面卷绕变形预防条；
沿着电极组件的第二平坦表面卷绕变形预防条；和
在电极组件第二平坦表面的底部附近附着变形预防条的第二端，其中变形预防条以基本上垂直于电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件卷绕。
16、如权利要求13所述的方法，其中附着变形预防条的步骤包括：
在电极组件第一平坦表面的顶部附近附着变形预防条的第一端；
沿着电极组件的第一平坦表面卷绕变形预防条；
越过电极组件的底表面卷绕变形预防条；
沿着电极组件的第二平坦表面卷绕变形预防条；和
在电极组件第二平坦表面的顶部附近附着变形预防条的第二端，其中变形预防条以基本上垂直于电极组件卷绕方向的方向围绕电极组件卷绕。
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