CN1770537A - 二次电池及其电极板 - Google Patents

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Abstract

二次电池包括第一电极板、第二电极板、置于它们之间的隔板和至少一个绝缘部件。第一电极板具有至少一个表面上涂覆有第一电极活性材料以形成涂覆部分的第一电极集电体、形成在所述第一电极集电体的至少一端的第一电极未涂覆部分、形成在该电极涂覆部分的至少一端的第一突起。第二电极板包括类似的第二电极集电体、第二电极涂覆部分、第二电极未涂覆部分和第二突起。隔板绝缘第一电极板和第二电极板。至少一个绝缘部件形成在第一突起上并覆盖第一突起，或者形成在第二突起上并覆盖第二突起，或者既形成在第一突起上并覆盖第一突起又形成在第二突起上并覆盖第二突起，使得电解液可以通过至少一个绝缘部件流动。

Description

二次电池及其电极板
与相关申请的交叉引用
本申请要求2004年10月28日在韩国知识产权局申请的韩国专利申请10-2004-0086903的优先权，在此将其全部内容合并作为参考。
技术领域
本发明涉及二次电池和电池板，更具体地说，涉及一种具有安装在二次电池的电极板上的绝缘部件以防止电极间短路的二次电池。
背景技术
最近，重量轻、尺寸紧凑的电设备/电子设备，例如蜂窝电话、笔记本电脑和可携式摄像机，被积极地开发和生产。这样的电设备/电子设备配备有电池组，以使用户可以在即使没有为该电设备/电子设备单独提供电源的各种地方使用该电设备/电子设备。电池组包括至少一个电池，该电池可以在预定电平输出工作电压，以使电设备/电子设备在预定时间内正常运行。
二次电池是被制造为尺寸小、容量高的可再充电电池，目前由于其经济上的优势被使用在二次电池组中。二次电池被广泛地用作便携式电子设备的电源，这些电子设备例如是可携式摄像机、便携式电脑和便携式电话。例如，镍氢电池、锂离子电池和锂离子聚合物电池已经被开发为便携式电子设备的电源。
特别是，锂二次电池具有高于3.6V的工作电压，三倍高于用作便携式电子设备电源的镍镉电池或镍氢电池的工作电压。另外，锂离子二次电池具有高的每单位重量能量密度，因而锂离子二次电池被广泛使用在高级电子技术领域。
锂离子二次电池包括裸电池，裸电池通过把包括正电极板、负电极板和隔板的电极组件和电解液一起装到以铝或铝合金制成的罐中并以盖组件密封该罐制造而成。
在典型的电极板或隔板是用聚合物制造的聚合物二次电池中，隔板充当电解液或被注入电解液成分，因此电解液不会泄漏或电解液的泄漏显著减少。这样，可以用袋替换罐。
在典型的锂离子二次电池中，通过把包括电极活性材料(用于正电极(阴极)的锂氧化物和用于负电极(阳极)的碳材料)的浆(也称为形成电极涂覆部分的材料)涂覆到以金属薄片制成的电极集电体上形成电极板。
浆可以通过混合具有可塑剂的溶剂、电极活性材料和粘合剂形成。另外，负电极集电体主要用铜制成，而正电极集电体主要用铝制成。粘合剂包括聚乙烯亚乙烯基氟化物(PVDF)或苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)，溶剂包括丙酮或N-甲基吡咯烷酮(NMP)。也可以用水作为溶剂。
电极组件包括顺序堆叠并卷绕成胶卷形或螺旋形的带状的正电极板、隔板和负电极板。
在形成正电极板或负电极板的电极集电体的至少一个表面上形成带槽模。浆被灌入形成在电极集电体表面上的带槽模中，如此在电极集电体的表面上形成电极涂覆部分。
灌入电极集电体的带槽模中的浆是包括溶剂和粘合剂的流体。通过干燥过程使溶剂挥发，以便依靠粘合剂把浆以足够的粘合力粘合到电极集电体上。
电极活性材料被以对应于电极的长度涂覆在电极集电体上，并在电极涂覆部分之间形成未涂覆部分，以允许电极接线片被焊接到未涂覆部分上。从而，电极集电体包括电极涂覆部分和未涂覆部分。
然而，尽管可能根据浆涂覆设备有所变化，浆可能在电极集电体的涂覆开始部分和涂覆终止部分聚集，因此电极集电体的涂覆开始部分和涂覆终止部分可能与其它涂覆部分比起来稍微突起。这样的突起部分形成在正电极板和负电极板的电极涂覆部分的两端。
出于这个原因，在缠绕电极组件或有外部撞击施加于电极组件时，压力会集中到突起部分上，因此用于把正电极板与负电极板绝缘的隔板可能会被损伤。如果由于隔板的损伤产生正电极板和负电极板之间的短路，不仅会降低二次电池的产出率，而且可能会发生事故。
为了解决上述问题，通常在涂覆在正电极板或负电极板的至少一个表面上的电极涂覆部分的突起部分上形成绝缘层，从而防止正电极板与负电极板接触并且防止隔板由于突起部分被损伤。
然而，在这样的情形中，绝缘层可能会覆盖电极涂覆部分的一部分，从而减少了电极涂覆部分的反应面积。因此，二次电池的容量被与电极涂覆部分的反应面积的减少成比例地减少。
也就是说，由于二次电池的容量与正电极和负电极的电极涂覆部分的反应面积成比例，如果由于绝缘层减少了电极涂覆部分的反应面积，二次电池的容量就会被减少。
发明内容
因此，本发明的实施例可以解决现有技术中发生的一个或多个上述问题，并且致力于提供一种二次电池，可以防止电池容量的减少并在电极组件的电极涂覆部分的两端形成的突起上形成绝缘层，以防止电极板之间的短路。
在一个实施例中，二次电池具有包含第一电极集电体的第一电极板，电极集电体的至少一个表面上涂覆有第一电极活性材料，以形成第一电极涂覆部分。在第一电极集电体的至少一端形成有第一电极未涂覆部分，在第一电极涂覆部分的一端形成有第一突起。第二电极板包括第二电极集电体，第二电极集电体的至少一个表面上涂覆有第二电极活性材料，以形成第二电极涂覆部分。在第二电极集电体的至少一端形成有第二电极未涂覆部分，在第二电极涂覆部分的一端形成有第二突起。隔板被置于第一和第二电极板之间，以将第一电极板与第二电极板绝缘。至少一个绝缘部件形成在第一突起上并覆盖第一突起，或者形成在第二突起上并覆盖第二突起，或者既形成在第一突起上并覆盖第一突起又形成在第二突起上并覆盖第二突起，使得电解液可以通过至少一个绝缘部件流动。
根据本发明的示例性实施例，至少一个绝缘部件形成在第一电极板或者第二电极板或者二者的整个表面上。在一个实施例中，至少一个绝缘部件形成在第一电极涂覆部分或第二电极涂覆部分或者二者的两端上。绝缘部件宽度的范围可以为大约10到20毫米。
在一个实施例中，至少一个绝缘部件包括底部衬底(base substrate)和涂覆在该底部衬底的至少一个表面上的粘合剂层。底部衬底由具有150℃以上热变形(heat-deflection)温度和1％以上的孔隙率的多孔材料制成。底部衬底由选自由多孔聚乙烯、多孔聚亚苯基、多孔聚胺酯、多孔二氧化硅、聚苯硫醚、聚苯乙炔组成的组中的一种材料制成。
底部衬底包括热激活带，热激活带由聚乙烯或聚亚苯基制成。热激活带可以是其上没有形成粘合剂层的非粘合剂热激活带。
底部衬底可以具有小于20微米的厚度。
粘合剂层可以包括不与电解液反应的粘合材料。粘合剂层包括热熔材料，热熔材料为选自由基于橡胶的热熔材料、基于硅的热熔材料和基于丙烯酸的热熔材料组成的组中的一种。
粘合剂层可以以具有开口的图案被涂覆在底部衬底上，该开口彼此以预定距离间隔。粘合剂层可以以带状图案或格状图案被涂覆在底部衬底上，并且可以具有小于10微米的厚度。
至少一个绝缘部件还可以具有网孔结构或者形成有多个贯通孔。贯通孔的面积可以是在被粘合到第一电极涂覆部分或第二电极涂覆部分或二者的表面上的绝缘部件的总面积的大约30％到90％的范围内。至少5个贯通孔可以形成在被粘合到第一电极涂覆部分或第二电极涂覆部分或二者的表面上的绝缘部件中。
粘合剂层的厚度可以小于50微米。
在另一个实施例中，一种电极板包括电极集电体，其至少一个表面上涂覆有电极活性材料以形成电极涂覆部分。在电极集电体的至少一端上形成有电极未涂覆部分，在电极涂覆部分的一端上形成有突起。在突起上形成有绝缘部件，使得电解液可以通过绝缘部件流动。
附图说明
要求保护的本发明的上述和其它特征和方面，从以下结合附图的详细说明中将变得更加清楚。
图1为根据本发明的一个实施例的二次电池的分解透视图。
图2为图示说明根据本发明一个实施例的未组装电极组件的平面图。
图3为图示说明根据本发明一个实施例的二次电池的电极集电体的截面图。
图4为图示说明根据本发明一个实施例的二次电池的电极集电体的平面图。
图5A为图示说明根据本发明的绝缘部件的一个实施例的透视图。
图5B为图示说明根据本发明的绝缘部件的另一个实施例的透视图。
图5C为图示说明根据本发明的绝缘部件的再一个实施例的透视图。
图5D为图示说明根据本发明另一个实施例的绝缘部件的透视图。
图5E为图示说明根据本发明又一个实施例的绝缘部件的透视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图说明本发明的实施例的示例。在下面的描述和附图中，相同的附图标记用于表示相同或类似的部件，因此，将省略对相同或类似部件的重复描述。
参见图1到图5E，本发明的二次电池100包括壳体110、壳体110内的胶卷型电极组件200和连接到壳体110上部的盖组件300。
壳体110以金属成分制成并具有矩形盒子形状，其一边是开口的。壳体110可以充当端子。
电极组件200包括配备第一电极接线片215的第一电极板210、配备第二电极接线片225的第二电极板220和置于第一和第二电极板210和220之间的隔板230。第一和第二电极板210和220以及隔板230以胶卷形式卷绕，如此形成电极组件200。
盖组件300包括具有与壳体110的开口部分的尺寸和形状对应的尺寸和形状的平面盖板310。在盖板310的中心部分形成端子孔311，在盖板310的一侧形成用于把电解液注入到壳体110中的电解液注入孔312。塞子315被插入到电解液注入孔312，从而密封电解液注入孔312。
电极端子320(例如负电极端子)被插入到端子孔311中。具有管状形状的垫圈330被环绕电极端子320安装，以把电极端子320与盖板310电绝缘。
绝缘板340被置于盖板310之下，端子板350被置于绝缘板340之下。
从第一电极板210延伸的第一电极接线片215被焊接到盖板310的较低部分，从第二电极板220延伸的第二电极接线片225被焊接到电极端子320的较低部分上。
绝缘壳360被安装在电极组件200的上表面上，以在覆盖电极组件200的上端部分时，将电极组件200与盖组件300电绝缘。绝缘壳360具有电解液孔362，其位置对应于盖板310的电解液注入孔312，以使电解液能够被注入到壳体110中。
图2为图示说明根据本发明一个实施例的电极组件的视图，图3和图4为图示说明根据本发明一个实施例的二次电池的电极集电体的截面图。参见图2到图4，电极组件200包括第一电极板210、第二电极板220和隔板230，它们形成为带状。此时，第一和第二电极板210和220可以具有正极性或负极性。在下面的说明中，第一电极板210将被称为正电极板，而第二电极板220将被称为负电极板。
正电极板210包括以诸如铝箔的具有优良导电率的金属薄膜制成的正电极集电体211，和涂覆在正电极集电体211的两个表面上的正电极涂覆部分213。氧属化合物，比如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1)或LiMn2O2，可以被用作正电极活性材料。然而，本发明不局限于上面所举正电极活性材料。
其中没有形成正电极涂覆部分213的正极未涂覆部分217，被形成在正电极板210的两个末端部分。正电极接线片215被电连接到正极未涂覆部分217中的一个上。
负电极板220包括以诸如铜箔或镍箔的具有优良导电率的金属薄膜制成的负电极集电体221，和涂覆在负电极集电体221的两个表面上的负电极涂覆部分223。碳基材料、Si、Sn、氧化锡、复合锡合金、过渡金属氧化物、锂金属氮化物或锂金属氧化物可以被用作负电极活性材料。然而，本发明不局限于上面所列举的负电极活性材料。
其中没有形成负电极涂覆部分223的负极未涂覆部分227，被分别形成在负电极板220的两个末端部分。负电极接线片225被电连接到负极未涂覆部分227中的一个上。
另外，正和负电极板210和220分别包括绝缘部件240。绝缘部件240覆盖正和负电极涂覆部分213、223的末端部分上的突起a、a’。
也就是说，绝缘部件240包围突起a、a’，突起a、a’形成在正和负电极板210和220的正和负电极集电体211和221的一个表面上提供的正和负电极涂覆部分213和223的末端部分的不平部分上。在一个实施例中，绝缘部件240覆盖正和负电极板210和220的整个表面，或正和负电极涂覆部分213和223的突起a、a’的两个末端中的至少一个。
在一个实施例中，绝缘部件240具有大约15毫米的宽度(d)。如果绝缘部件240的宽度(d)超过10到20毫米的范围，电解液的流动可能会被打断。另外，如果绝缘部件240的宽度(d)低于10到20毫米的范围，绝缘部件240可能会因为由电解液被移动而施加到那里的外力被从正和负电极集电体211和221分开。
如图5A所示，绝缘部件240a包括底部衬底241和涂覆在底部衬底241的至少一个表面上的粘合剂层243a。如果二次电池被过度充电，底部衬底241的内部温度可能会上升到大约150℃。因此，在一个实施例中，使用具有150℃以上热变形温度的材料形成底部衬底241。
底部衬底241可以由多孔材料以使电解液可以穿过底部衬底241流动的方式制成。
多孔材料具有大约1％的孔隙率，以允许电解液容易地穿过该多孔材料。在一个实施例中，多孔材料是选自由.聚苯硫醚(PPS)、多孔聚亚苯基(PP)、多孔聚乙烯(PE)、多孔聚胺酯、多孔二氧化硅和聚苯乙炔(PPA)组成的组中的一种。然而，本发明不局限于上述所举多孔材料。
由PP或PE制成的热激活带可以用于底部衬底241。另外，热激活带可以是其上没有形成粘合剂层的非粘合剂热激活带。即使有微弱的热量被施加到那里，热激活带也可以被层压在正和负电极板210和220上(图1至图5A)。在一个实施例中，底部衬底241具有小于20微米的厚度(H)，以使绝缘部件240的厚度最小。
粘合剂层243a包括不与电解液反应的粘合材料。粘合材料包括从粘合剂用喷枪中提取出的热熔材料。热熔材料为选自由基于橡胶的热熔材料、基于硅的热熔材料和基于丙烯酸的热熔材料组成的组中的一种。然而，本发明不局限于上述所列举的热熔材料。
由于热熔材料是从粘合剂用喷枪中提取出的，容易把粘合剂层243a和底部衬底241对齐。另外，诸如100％热塑性树脂的热熔材料是以液态在高温下被涂覆在底部衬底241上并在短时间内被凝固，这样热熔材料被牢固地粘结到底部衬底241上。
如图5A到图5C所示，绝缘部件240a至240c的粘合剂层243a至243c被涂覆在底部衬底241上并在其间形成预定路径，以允许电解液通过这些路径流动。粘合剂层可以以带状图案被形成在底部衬底241上。也就是说，可以沿底部衬底241纵向(见图5A中的243a)或沿底部衬底241横向(见图5B中的243b)形成粘合剂层。另外，粘合剂层可以被形成为格状图案(见图5C中的243c)。尽管在图5C中显示了六面体格状图案，本发明不局限于此。
在一个实施例中，涂覆最小量的粘合材料到底部衬底241上，以使粘合剂层的厚度(h)小于10微米，以最小化电极组件的体积。
图5D中所示的绝缘部件240d具有形成在底部衬底241a上的多个贯通孔245，以允许电解液穿过底部衬底241a。另外，也可以制造具有网孔结构的绝缘部件240e的底部衬底241b(见图5E)。在这些情形中，即使绝缘部件240e是用离子非渗透性材料制成的，电解液也可以容易地穿过绝缘部件240e。
尽管图5D示出了贯通孔245以预定距离彼此间隔，本发明并不限制贯通孔245的布置。例如，贯通孔245可以被安排为彼此偏置。在一个实施例中，在底部衬底241a中，以贯通孔245的面积在被粘合到正和负电极涂覆部分213和223的上表面上的底部衬底241a的总面积的大约30％到90％的范围内的方式形成至少5个贯通孔245。
在这一实施例中，绝缘部件240d具有小于50微米的厚度，以最小化电极组件200的体积。
如上所述，根据上述实施例，用于覆盖二次电池的突起的绝缘部件由多孔材料制成。另外，以可以最小化电极组件的体积并方便电解液移动的方式，最小化绝缘部件的尺寸和粘合剂层的分布。因此，可以防止电极之间的短路，从而防止损伤隔板。
尽管为了说明目的描述了本发明的实施例的示例，然而本领域技术人员将会意识到，在不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、增加和代替及其等同替换都是可能的。

Claims (27)

1、一种二次电池，包括：
第一电极板，包含在至少一个表面上涂覆有第一电极活性材料以形成涂覆部分的第一电极集电体、形成在所述第一电极集电体的至少一端的第一电极未涂覆部分、形成在该电极涂覆部分的至少一端的第一突起；
第二电极板，包含在至少一个表面上涂覆有第二电极活性材料以形成第二电极涂覆部分的第二电极集电体、形成在所述第二电极集电体的至少一端的第二电极未涂覆部分、形成在该第二电极涂覆部分的至少一端的第二突起；
隔板，被置于所述第一电极板和第二电极板之间，以将第一电极板与第二电极板绝缘；和
至少一个绝缘部件，形成在第一突起上并覆盖第一突起，或者形成在第二突起上并覆盖第二突起，或者既形成在第一突起上并覆盖第一突起又形成在第二突起上并覆盖第二突起，使得电解液流过所述至少一个绝缘部件。
2、如权利要求1所述的二次电池，其中所述至少一个绝缘部件形成在所述第一电极板或者第二电极板或者二者的整个表面上。
3、如权利要求1所述的二次电池，其中所述至少一个绝缘部件形成在所述第一电极涂覆部分或第二电极涂覆部分或者二者的两端上。
4、如权利要求1所述的二次电池，其中所述至少一个绝缘部件宽度的范围为大约10到20毫米。
5、如权利要求1所述的二次电池，其中所述至少一个绝缘部件包括底部衬底和涂覆在该底部衬底的至少一个表面上的粘合剂层。
6、如权利要求5所述的二次电池，其中所述底部衬底由具有150℃以上热变形温度的材料制成。
7、如权利要求5所述的二次电池，其中所述底部衬底包括多孔材料。
8、如权利要求7所述的二次电池，其中所述底部衬底具有1％以上的孔隙率。
9、如权利要求8所述的二次电池，其中所述底部衬底由选自由多孔聚乙烯、多孔聚亚苯基、多孔聚胺酯、多孔二氧化硅、聚苯硫醚、聚苯乙炔组成的组中的一种材料制成。
10、如权利要求5所述的二次电池，其中所述底部衬底包括热激活带，该热激活带即使被施加微弱的热量，也被粘合到所述第一电极板或第二电极板或二者上。
11、如权利要求10所述的二次电池，其中所述热激活带由聚亚苯基或聚乙烯制成。
12、如权利要求10所述的二次电池，其中所述热激活带是其上没有形成粘合剂层的非粘合剂热激活带。
13、如权利要求5所述的二次电池，其中所述底部衬底具有小于20微米的厚度。
14、如权利要求5所述的二次电池，其中所述粘合剂层包括不与电解液反应的粘合材料。
15、如权利要求14所述的二次电池，其中所述粘合剂层包括热熔材料。
16、如权利要求15所述的二次电池，其中所述热熔材料为选自由基于橡胶的热熔材料、基于硅的热熔材料和基于丙烯酸的热熔材料组成的组中的一种。
17、如权利要求14所述的二次电池，其中所述粘合剂层以具有开口的图案被涂覆在所述底部衬底上，所述开口彼此以预定距离间隔。
18、如权利要求14所述的二次电池，其中所述粘合剂层以带状图案被涂覆在所述底部衬底上。
19、如权利要求14所述的二次电池，其中所述粘合剂层以格状图案被涂覆在所述底部衬底上。
20、如权利要求5所述的二次电池，其中所述粘合剂层具有小于10微米的厚度。
21、如权利要求1所述的二次电池，其中所述至少一个绝缘部件具有小于50微米的厚度。
22、如权利要求1所述的二次电池，其中所述绝缘部件具有多个贯通孔。
23、如权利要求22所述的二次电池，其中所述贯通孔占据的面积在被粘合到第一电极涂覆部分或第二电极涂覆部分或二者的表面上的所述至少一个绝缘部件的总面积的大约30％到90％的范围内。
24、如权利要求23所述的二次电池，其中至少5个贯通孔形成在被粘合到所述第一电极涂覆部分或第二电极涂覆部分或二者的表面上的所述至少一个绝缘部件中。
25、如权利要求23所述的二次电池，其中所述至少一个绝缘部件具有网孔结构。
26、如权利要求1所述的二次电池，其中所述第一电极板是负电极板。
27、一种电极板，包括：
电极集电体，其至少一个表面上涂覆有电极活性材料以形成电极涂覆部分；
形成在所述电极集电体的至少一端上的电极未涂覆部分；
形成在电极涂覆部分的一端上的突起；和
形成在所述突起上并覆盖突起的绝缘部件，使得电解液可以通过所述绝缘部件流动。
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