CN1783567A - 圆柱形锂充电电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种圆柱形锂充电电池，该锂充电电池包括：缠绕型电极组件，具有第一极板、第二极板和置于第一、第二极板之间的隔体；芯构件，布置在电极组件的中心空间中且具有短路保护部分；壳体，具有用于容纳电极组件的空间；帽组件，与壳体的上部联合以密封壳体。

Description

圆柱形锂充电电池
本申请要求于2004年11月29日提交的第10-2004-0098862号韩国专利申请的优先权和利益，该申请通过各种目的的引用包含于此，就好像完全是在这里提出的一样。
                         技术领域
本发明涉及一种圆柱形锂充电电池。更具体地说，本发明涉及一种包括具有短路保护部分以防止电极组件短路的芯构件的圆柱形锂充电电池。
                         背景技术
近来，已经广泛地研究和制造了小且重量轻的电子装置诸如蜂窝电话、笔记本电脑和可携式摄像机。为了在没有单独的电源的情况下操作，这些装置具有内置电池组。内置电池组至少包括一个用于输出预定的电压以驱动便携式电子装置预定的时间周期的电池。
为了经济的使用，电池组通常使用充电电池。例如，充电电池可以是镍镉(Ni-Cd)电池、镍氢(Ni-MH)电池和诸如锂(Li)电池、锂离子(Li-ion)电池的锂电池。
具体地说，锂充电电池的操作电压(3.6V)可以比在便携式电子装置中广泛使用的镍镉电池和镍氢电池的操作电压高大约三倍。此外，锂充电电池的能量密度(每单位重量的能量)比镍镉电池和镍氢电池的能量密度大。因此，锂充电电池的使用已快速增长。
在通常的锂充电电池中，锂氧化物材料用作正极活性材料，碳材料用作负极活性材料。通常，根据所使用的电解质溶液的类型，锂充电电池可分为液体电解质电池或聚合物电解质电池。另外，使用液体电解质的电池通常叫作锂离子电池，使用聚合物电解质的电池通常叫作锂聚合物电池。此外，锂充电电池可以以各种形状制造。代表性的形状包括圆筒形、多边形和袋状形。
典型的圆柱形锂充电电池包括电极组件，该电极组件具有涂覆有正极活性材料的正极板、涂覆有负极活性材料的负极板和置于正负极板之间以防止正负极板之间短路的隔体。这些部件基本上圆柱状地缠绕在一起并布置在圆筒形壳体中。电解质溶液注入圆筒形壳体以使锂离子移动。
圆柱形锂充电电池的制造如下。
首先，堆叠涂覆有正极活性材料并连接到正极带的正极板、涂覆有负极活性材料并连接到负极带的负极板和隔体。然后以基本上圆柱形缠绕该堆叠体，从而完成电极组件。
接着，将基本上圆柱状的电极组件放进圆筒形壳体，执行用于防止电极组件分离的工艺，电解质溶液注入圆筒形壳体，密封壳体。
通常，在圆柱形锂充电电池中，在电极组件的中心部分可形成空的空间。然而，空的空间会使电极组件展开和变形。
已提出一种将预定的芯构件插入电极组件的中心空间的方法以解决这个问题。
图1是用于解释传统的芯构件的透视图。
参见图1，可以以通过使板弯曲的管的形状来构造传统的芯构件100，在芯构件100中，沿着其纵向形成切口110。
芯构件100可以防止缠绕的电极组件展开。另外，芯构件100可以防止电极组件由于外部压力而导致的变形。也就是说，芯构件100也可以支撑电极组件抵抗外部压力。
然而，如果外部压力使芯构件100移动或变形，则会损坏电极组件，特别是损坏隔体。更具体地说，由于沿着芯构件100的纵向形成的切口110的上端和下端是锐利的，所以边缘会刺入电极组件，特别会刺入隔体，从而损坏电极组件。
如上所述，对隔体的损坏会导致正、负极板之间发生短路，使得圆柱形锂充电电池破坏或爆炸。
为了解决上述问题，如在早期公开的第03-092148号日本申请中公开的那样，可通过使切口110的两端在芯构件100的向内的方向上弯曲来构造芯构件100。
然而，当外部压力施加到电极组件上时，芯构件100不能充分地支撑电极组件抵抗与切口110的两端被弯曲的部分相对应的外部压力。
                        发明内容
本发明提供了一种包括具有短路保护部分以防止电极组件短路的芯构件的圆柱形锂充电电池。
在下面的描述中将阐述本发明的另外特征，还有一部分通过描述将是清楚的，或者可以通过本发明的实施而得知。
本发明公开了一种圆柱形锂充电电池，该锂充电电池包括：缠绕型电极组件，具有第一极板、第二极板和第一、第二极板之间的隔体；芯构件，布置在电极组件的中心空间中且具有短路保护部分；壳体，具有用于容纳电极组件的空间；帽组件，联合到壳体的上部以密封壳体。
应该理解，上面的总体描述和下面的详细描述都是示例性的和解释性的，并意图提供如权利要求的本发明的进一步解释。
                         附图说明
附图示出了本发明的实施例，并和说明书一起用来解释本发明的原理，附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并结合在说明书中构成该说明书的一部分。
图1是用于解释传统的芯构件的透视图。
图2A是用于解释根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池的透视图。
图2B是沿着图2A的线A-A的剖视图。
图3A、图3B和图3C是用于解释根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池的芯构件的视图。
图4是用于解释制造根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池的方法的流程图。
图5A、图5B、图5C和图5D是用于解释制造根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池的方法的视图。
                       具体实施方式
下面，参照附图更加全面地描述本发明，附图中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式实施，不应理解为限于这里提出的实施例。此外，提供这些实施例以使本公开是彻底的，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。在附图中，为清晰起见，夸大了层和区域的尺寸及相对尺寸。
应该理解，当元件诸如层、膜、区域或基板被称为在另一元件“上”时，可以直接在另一元件上或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称为“直接”在另一元件“上”时，不存在中间元件。同样的标号表示同样的部件。
图2A是用于解释根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池的透视图。图2B是沿着图2A的线A-A的剖视图。
参见图2A和图2B，圆柱形锂充电电池200包括电极组件300、圆筒形壳体400、帽组件500、电解质溶液600和芯构件700。电极组件300在充电期间和放电期间产生电压差。圆筒形壳体400容纳电极组件300，并且帽组件500包括在圆筒形壳体400的上部以防止电极组件300分离。电解质溶液600注入圆筒形壳体400以使锂离子在电极组件300中移动，芯构件700布置在电极组件300的中心空间中。
电极组件300包括涂覆有正极活性材料和负极活性材料之一(例如，正极活性材料)的第一极板310、涂覆有正极活性材料和负极活性材料中的另一个(例如，负极活性材料)的第二极板320、布置在第一极板310和第二级板320之间的隔体330。隔体330防止第一极板310和第二级板320之间短路，并使锂离子在第一极板310和第二级板320之间移动。第一极板310、第二级板320和隔体330以基本上圆柱形缠绕，并容纳在圆筒形壳体400中。第一电极带315与第一极板310结合，第一电极带315通常可由铝(Al)制成并向上突出预定的长度。另外，第二电极带325与第二极板320结合，第二电极带325通常可由镍(Ni)制成并向下突出预定的长度。此外，上绝缘板341和下绝缘板345分别附在电极组件300的上部和下部，以避免与帽组件500和圆筒形壳体400接触。
圆筒形壳体400具有预定的空间和预定直径的圆筒形表面410，圆柱型的电极组件300可插入该预定的空间中。底板420布置在圆筒型表面410的下部以封闭圆筒形表面410的下部空间。圆筒形表面410的上部是开着的，以使电极组件300可插进圆筒形壳体400中。电极组件300的第一电极带315和第二电极带325之一(例如，第二电极带325)附在底板420的中心部分，以使圆筒形壳体400可用作与第二极板320(例如，负极端口)相同的电极。另外，圆筒形壳体400通常可由铝(Al)、铁(Fe)或铝铁合金制成。圆筒形壳体400也包括卷曲部分430和弯曲部分440，卷曲部分430具有一侧弯曲的结构以向下压帽组件500的上部，弯曲部分440具有内缩的结构以向上压帽组件500的下部。
帽组件500包括导电安全阀510、印刷电路板(PCB)520、正温度系数器件530、导电电极帽540和绝缘垫圈550。第一电极带315可焊接到导电安全阀510，万一过充或产生非正常的热量导电安全阀510可倒置它的形状。PCB520和导电安全阀510的上部电结合且机械结合，如果导电安全阀510倒置时，则电路断开。正温度系数器件530和印刷电路板520的上部电结合且机械结合，电路在或超过预定的温度断开。导电电极帽540和正温度系数器件530的上部电结合且机械结合，以将实际电流施加到外部。绝缘垫圈550的形状为包围导电安全阀510、PCB 520、正温度系数器件530和电极帽540的圆周部分，以将这些部件与圆筒形壳体400绝缘。这里，电极帽540与电极组件300的第一电极带315或第二电极带325中的另一个(例如，第一电极带315)电结合，以使电极帽540可用作与第一极板310(例如，正极端口)相同的电极。
电解质溶液600用作锂(Li)离子可移动的介质。在充电和放电阶段，通过在电池中的正极和负极处的电化学反应来产生锂离子。可使用多种电解质溶液600。例如，电解质溶液600可以是非水有机电解质溶液，非水有机电解质溶液是锂盐和纯有机溶剂的混合物。另外，电解质溶液600可以是使用聚合物电解质的聚合物。
芯构件700插入缠绕型电极组件300的中心空间，以防止电极组件300松开和展开，并防止电极组件300由于外部压力而导致的变形。另外，在第二电极带325焊接到底板420的中心部分的情况下，插入缠绕型电极组件300的中心空间的芯构件700挤压第二电极带325，以使第二电极带325与圆筒形壳体400的底板420接触。芯构件700的形状基本上是管状。此外，切口沿着芯构件700的纵向形成。当芯构件700加到电极组件300时，切口可保持预定的距离分开状态。在一些例子中，切口可处于接触状态。此外，芯构件700具有短路保护部分，以防止当插入或移动芯构件700时破坏电极组件300，具体地说，防止破坏隔体330。
图3A、图3B和图3C是用于解释根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池的芯构件的视图。
参见图3A、图3B和图3C，圆柱形锂充电电池的芯构件700基本被构造成具有切口710的管状，切口710沿着芯构件700的纵向形成。至少在切口710的两侧边缘的上端和下端中的下端设置短路保护部分720。这里，当芯构件700插入电极组件300的中心空间时，或者当芯构件700由于外部冲击诸如被滑落而移动时，短路保护部分720可防止芯构件700损坏电极组件300，具体地说，可防止芯构件700损坏隔体330，从而防止第一极板310和第二极板320之间短路。
可以以各种形状构造芯构件的短路保护部分720。
例如，如图3A所示，短路保护部分720可被形成，以使芯构件700的切口710的两侧边缘的上端和下端中的至少下端部分被在芯构件700的向内的方向上弯曲或折叠。
可选择地，如图3B所示，短路保护部分720可形成为芯构件700的切口710的两侧边缘的上端和下端中的至少下端具有锥形形状或倒角。这里，短路保护部分720的锥形角α小于90°，优选地在30°至60°的范围内。
可选择地，如图3C所示，短路保护部分720可形成为芯构件700的切口710的两侧边缘的上端和下端中的至少下端具有圆形(即，曲线)形状。
图4是用于解释制造根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池的方法的流程图。
参见图4，制造根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池的方法包括形成电极组件300的电极组件形成步骤S1、结合电极组件300的电极组件结合步骤S2、插入芯构件700的芯构件插入步骤S3、注入电解质溶液600的电解质溶液注入步骤S4和联合帽组件500的帽组件联合步骤S5。
图5A、图5B、图5C和图5D是用于解释制造根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池的方法的视图。将参照图4、图5A、图5B、图5C和图5D描述用于解释制造根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池的方法。
参见图5A，在电极组件形成步骤S1中，第一极板310、隔体330和第二极板320按顺序地堆叠。然后转轴800布置在堆叠结构的一端，堆叠结构被以基本圆柱形缠绕，从而完成电极组件300。这里，在缠绕工艺之前，第一电极带315和第二电极带325分别附到第一极板310和第二极板320。
参见图5B，在电极组件结合步骤S2中，圆柱形电极组件300和圆筒形壳体400结合。在电极组件300和圆筒形壳体400结合之后，转轴800从电极组件300分离，从而在电极组件300的中心部分形成基本圆柱形的空间。
这里，转轴800可以在电极组件300被结合之前分离，但是本发明不限于此。另外，下绝缘板345(图5C)预先与圆筒形壳体400结合。
参见图5C，在芯构件插入步骤S3中，芯构件700被插进电极组件300的中心部分的空间中，这个空间通过分离转轴800而产生。
在插芯构件700之前，电极组件300的第一电极带315和第二电极带325之一(例如，第二电极带325)可通过阻焊附到圆筒形壳体400的底板420。因此，芯构件700的布置方式为与第二电极带325的上表面接触，以确保第二电极带325结合到圆筒形壳体400。芯构件700的高度可以是电极组件300的高度的大约90％至110％。如果芯构件700的高度小于电极组件300的高度的90％，则用于固定和支撑电极组件300的力太弱。另一方面，如果芯构件700的高度大于电极组件300的高度的110％，则芯构件700会接触帽组件500的部件。
接着，在电解质溶液注入步骤S4中，电解质溶液600被注入直到电极组件300的上端。在充电和放电期间，电解质溶液600使得锂离子在第一极板310和第二极板320之间移动。
参见图5D，在帽组件联合步骤S5中，帽组件500和圆筒形壳体400的上部联合，以防止电极组件300和芯构件700分离，从而防止电解质溶液泄露。
更具体地说，环形的绝缘垫圈550与圆筒形壳体400的上部联合，导电安全阀510、PCB 520、正温度系数器件530和电极帽540按顺序地联合，导电安全阀510与电极组件300的第一电极带315和第二电极带325之一(例如，第一电极带315)电连接。
接着，对圆筒形壳体400与绝缘垫圈550的下部对应的部分进行弯曲工艺，从而形成内缩的弯曲部分440。另外，对圆筒形壳体400的上部进行卷曲工艺，以形成卷曲部分430。弯曲部分440和卷曲部分430防止帽组件500分离。结果，完成圆柱形锂充电电池200。
在根据本发明实施例的圆柱形锂充电电池200中，由于芯构件700包括短路保护部分720，所以可防止由于芯构件700的插入或移动而导致的隔体330的破损。因此，可防止电极组件300的第一极板310和第二极板320之间短路。
此外，与传统的芯构件不同的是，在根据本发明实施例的芯构件700中，切口710的两端不向芯构件700的内部弯曲，而保持管状，使得可以更有效的支撑电极组件300抵抗外部压力。
本发明的实施例包括具有短路保护部分的芯构件，使得可以提供能够防止电极组件短路的圆柱形锂充电电池。
本领域技术人员应该清楚，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明作出各种修改和变形。因此，本发明意图覆盖对本发明的修改和变形，只要这些修改和变形落入权利要求及其等同物的范围内。

Claims (9)

1、一种圆柱形锂充电电池，包括：
缠绕型电极组件，包括第一极板、第二极板和所述第一、第二极板之间的隔体；
芯构件，布置在所述电极组件的中心空间中且包括短路保护部分；
壳体，包括用于容纳所述电极组件的空间；
帽组件，与所述壳体的上部联合以密封所述壳体。
2、如权利要求1所述的圆柱形锂充电电池，
其中，所述芯构件基本上是管状，并包括沿着其纵向布置的切口，
其中，所述短路保护部分被构造，以使所述切口的两边缘的上端和下端中的至少下端部分指向所述芯构件的向内的方向。
3、如权利要求1所述的圆柱形锂充电电池，
其中，所述芯构件基本上是管状，并包括沿着其纵向布置的切口，
其中，所述短路保护部分被构造，以使所述切口的两边缘的上端和下端中的至少下端部分具有锥形形状。
4、如权利要求3所述的圆柱形锂充电电池，其中，所述短路保护部分的锥形角小于90°。
5、如权利要求4所述的圆柱形锂充电电池，其中，所述锥形角在30°至60°的范围内。
6、如权利要求1所述的圆柱形锂充电电池，
其中，所述芯构件基本上是管状，并包括沿着其纵向布置的切口，
其中，所述短路保护部分被构造，以使所述切口的两边缘的上端和下端中的至少下端部分具有圆形形状。
7、如权利要求1所述的圆柱形锂充电电池，还包括：
下绝缘板；
上绝缘板，
其中，所述下绝缘板布置在所述电极组件和所述壳体的下表面之间，所述上绝缘板布置在所述电极组件和所述帽组件之间。
8、如权利要求1所述的圆柱形锂充电电池，
其中，所述第一极板与所述第二极板之一通过电极带与所述壳体的底表面电连接，
其中，所述芯构件布置在所述电极带上。
9、如权利要求1所述的圆柱形锂充电电池，其中，所述芯构件的高度在所述电极组件的高度的90％至110％的范围内。
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