CN1893165A - 圆柱形锂二次电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种圆柱形锂二次电池，包括绕组型电极组件，它具有其上附着第一电极抽头的第一电极板、其上附着第二电极抽头的第二电极板、和被插入在第一和第二电极板之间的分隔器。一个空间被形成为通过电极组件的中心纵轴。电池包括圆柱形外壳，其适于接纳和放置电极组件，圆柱形外壳具有底面。使得电极组件与圆柱形外壳绝缘的第一绝缘板位于底面附近，以及包括凹口，其适于容纳第一电极抽头，第一电极抽头被耦合到底面。电池还包括盖子组件，其位于圆柱形外壳的、与底面相反的末端，盖子组件被耦合到第二电极抽头和密封外壳。
Description
相关专利申请的相互引用
本专利申请要求2005年6月28日提交给韩国知识产权局的韩国专利申请No.10-2005-0056422的权益，该专利申请整体地在此引用以供参考。
技术领域
本发明涉及圆柱形锂离子二次电池，更具体地，涉及具有改进的结构稳定性的圆柱形锂二次电池。
背景技术
近年来，大量紧凑的和重量轻的电子设备，诸如蜂窝电话、笔记本电脑、和摄像机等等被开发和制造。这些便携式电子设备配备有电池组，这样，设备可以不用分开的电源而进行工作。每个电池组包括至少一个电池，用于在预定的时间内驱动便携式电子设备。
近年来，电池组采用二次(可充电)充电电池。代表性的二次电池包括镍镉(Ni-Cd)电池、镍氢(Ni-MH)电池、和锂充电电池，诸如锂(Li)聚合物电池和锂离子(Li-ion)电池。
锂二次电池具有3.6伏工作电压，它比起Ni-Cd电池或Ni-MH电池的电压高三倍。另外，锂二次电池具有每单位重量的高能量密度。所以，对于锂二次电池的要求快速增长。
对于锂二次电池，基于锂的氧化物被用作为正电极工作材料，以及碳被用作为负电极工作材料。通常，电池按照所使用的电解质的类型被归类为液体电解质电池或聚合物电解质电池。使用液体电解质的锂二次电池被称为锂离子电池，以及使用聚合物电解质的锂二次电池被称为锂聚合物电池。锂二次电池以各种形状被制造，并例如被分类为圆柱形电池、棱柱形电池、和盒型电池。
通常，锂二次电池包括电极组件、用来容纳电极组件的外壳、以及被注入到外壳里面使得锂离子能够运动的电解液。电极组件包括被涂覆以正电极工作材料的正电极板、被涂覆以负电极工作材料的负电极板、和被插入正的和负的电极板之间的分隔器，用来防止两个电极板之间短路和只允许锂离子通过。
圆柱形锂二次电池的电极组件通过重叠和卷绕被连接到正抽头的正电极板、被连接到负抽头的负电极板和分隔器而被构建。
电极组件然后被插入到外壳中，并且被固定在其中。电解液被注入到外壳中，外壳的开孔用盖子组件密封。典型地，绝缘板与电极组件相组合，以及电极组件的负抽头被附着到圆柱形外壳。
具有高容量的圆柱形锂二次电池的数目正在快速地增加。因此，电极组件的正的和负的抽头变为更厚的。
然而，在圆柱形锂二次电池中，如果负抽头是厚的，则被附着到负抽头的绝缘板能变形，这样，造成电池中的空间非均匀性。当外部压力加到电池时，非均匀性会有害地影响圆柱形锂二次电池的安全性。
发明内容
本发明提供具有改进的结构稳定性的圆柱形锂二次电池。更具体地，圆柱形锂二次电池包括具有用于接纳电极抽头的凹口的绝缘板。
按照本发明的一方面，提供一种圆柱形锂二次电池，包括缠绕型电极组件，它包括其上附着第一电极抽头的第一电极板、其上附着第二电极抽头的第二电极板、和被插入在第一和第二电极板之间的分隔器，其中预定的空间被形成在电极组件的中心；圆柱形外壳包括圆柱形侧表面，具有用来接纳电极组件的预定的空间，和圆柱形侧表面的下端部分的底面；绝缘板使得电极组件在电极组件的下面部分与圆柱形外壳绝缘，并且包括凹口，用来接纳第一和第二电极抽头之一；以及盖子组件，组合到外壳的顶部和密封外壳的顶部。
另外，绝缘板可以是圆形平板和包括在中心部分的通孔。
另外，凹口的宽度可以等于或大于绝缘板的通孔的直径。
另外，凹口的长度等于或大于绝缘板和通孔的半径的总和。
另外，圆柱形锂二次电池还可包括被插入电极组件的中心空间的中心销。
另外，圆柱形锂二次电池还可包括顶部的绝缘板，使得电极组件在电极组件的顶部与盖子组件绝缘。
另外，圆柱形锂二次电池还可包括电解液，电解液被注入到圆柱形外壳，使得锂离子能够运动。
按照本发明的另一个方面，提供圆柱形锂二次电池的制造方法，包括以下步骤：通过缠绕其上附着第一电极抽头的第一电极板、其上附着第二电极抽头的第二电极板、和被插入在第一和第二电极板之间的分隔器而形成在其中心具有预定的空间的电极组件；把电极组件插入到圆柱形外壳中，以使得第一和第二电极抽头之一被接纳在底面上的凹口构成的绝缘板的凹口中，并把绝缘板放置在底部；以及把盖子组件组合到圆柱形外壳的顶部。
另外，制造方法还可包括插入顶部的绝缘板的步骤，使得电极组件在电极组件的顶部与盖子组件绝缘。
另外，制造方法还可包括插入中心销到电极组件的中心空间的步骤。
另外，制造方法还可包括注入电解液到圆柱形外壳的步骤。
附图说明
图1A是按照本发明的实施例的圆柱形锂二次电池的立体图。
图1B是沿图1的截面线A-A取的圆柱形锂二次电池100的截面图。
图1C是沿图1的截面线B-B取的圆柱形锂二次电池100的截面图。
图2A是按照本发明的实施例的圆柱形锂二次电池100的顶视图。
图2B是按照本发明的实施例的圆柱形锂二次电池的下部绝缘板和电极抽头的图。
图3是按照本发明的实施例的圆柱形锂二次电池的制造方法的流程图。
图4A到4D是显示按照本发明的实施例的圆柱形锂二次电池的制造方法的图。
具体实施方式
如图1A到1C所示，按照本发明的实施例的圆柱形锂二次电池100的结构包括：生成充电与放电之间的电压差的电极组件200；容纳电极组件200的圆柱形外壳300；被组装到包含电极组件200的圆柱形外壳300的盖子组件400；被注入到圆柱形外壳300里面的电解液，使得锂离子能够运动；以及被布置在电极组件200中的中心销600。
电极组件200包括被涂覆以例如正电极材料的第一电极板210，和被涂覆以例如负电极材料的第二电极板220，和被插入在第一和第二电极板210，220之间的分隔器230，用来防止两个电极板210，220之间短路并且只允许锂离子(Li-ion)通过。第一和第二电极板210，220与分隔器230以基本上圆形的形式被缠绕，然后被插入到圆柱形外壳300。另外，第一电极抽头215典型地由铝制成并且从电极组件凸起，可以起到正电极抽头的作用以及可被附着到第一电极板215。另外，第二电极抽头225典型地由镍制成并且从电极组件凸起，可以起到负电极抽头的作用以及可被附着到第二电极板220。然而，电极抽头的材料不限于此。另外，上部和下部绝缘板241和245被附着到电极组件，防止在电极组件与盖子组件和电极组件与圆柱形外壳300之间的直接接触。
如图2B所示，用于接纳用作为负抽头的第二电极抽头225的凹口被形成在下部绝缘板245的面向外部的表面。
圆柱形外壳300包括其中可接纳电极组件200的空间。圆柱形外壳300包括圆柱面310和底面320。圆柱形外壳300的末端是开口的，允许插入电极组件200。第二电极抽头225可被附着到圆柱形外壳300的底面320，允许外壳起到负电极端子的作用。圆柱形外壳300例如可以由铝、铁、或铝和铁的合金制成。圆柱形外壳300包括卷边区域330和收口区域340，以便把盖子组件更牢固地固定到圆柱形外壳300。
盖子组件400包括导电保险弯头410、印刷电路板(PCB)420、正热敏电阻430、导电的电极盖440、和绝缘垫圈450。其上焊接第一电极抽头215的导电保险弯头410当电池被过充电时或当电池生成过量的热量时被倒置。PCB 420被电气地和机械地连接到导电保险弯头410。在PCB 420与导电保险弯头410之间的连接当导电保险弯头410被倒置时被断开。正热敏电阻430被连接到PCB，以及在大于预定的温度的温度时切断。导电的电极盖440被电气地和机械地连接到正热敏电阻430，以及提供电流到外部电路。绝缘垫圈450具有覆盖住导电保险弯头410、PCB 420、正热敏电阻430、和电极盖440的形式，使得这些部件与圆柱形外壳300绝缘。在一个示例性实施例中，电极盖440被附着到第一电极抽头215，以及用作为正电极端子。
电解液500被注入到圆柱形外壳300，使得锂离子能够在电极组件200与外壳300之间的运动。电解液500用作为在电池里面的正或负电极的充电或放电期间由电化学反应生成的锂离子的载体。电解液500可以是锂盐与高纯度有机溶剂的混合物的有机电解液。替换地，电解液可以是使用聚合物电解质的聚合物。然而，电解液500的类型不限于此。
中心销600被插入到缠绕的电极组件200的中心空间，以及防止缠绕的电极组件200的松弛和开卷。另外，中心销600用来防止缠绕的电极组件200受外力变形。中心销600以基本上管状的形式被形成。
另外，中心销600被形成为具有电极组件200的高度的约90％到110％之间的高度，以及中心销600的下部被布置在第二电极抽头225。如果中心销600的高度小于电极组件200的高度的90％，则电极组件100可能无法可靠地附着到中心销。如果中心销600的高度大于电极组件200的高度的110％，则中心销600可能接触到盖子组件400并且与盖子组件400冲突。
参照图2A和2B，圆柱形锂二次电池100的下部绝缘板245以基本上圆平板形状被形成。
下部绝缘板245包括位于中心的基本上圆形通孔245a和被形成在下部绝缘板的面向外部的表面的凹口245b。凹口245b适于接纳用作为负电极抽头的第二电极抽头225。通孔245a用作为通路，允许中心销600被连接到第二电极抽头225。
凹口245b的宽度W可以等于或大于通孔的直径2d1，以及凹口245b的长度可以等于或大于下部绝缘板245的半径d2与通孔的半径d1的总和。
另外，如图2B所示，第二电极抽头225被接纳在凹口245b，以及被附着到圆柱形外壳300的底面。
按照上述的结构，下部绝缘板245的变形的可能性被减小，稳定和改进圆柱形锂二次电池的结构。
参照图3，按照本发明的实施例的圆柱形锂二次电池的制造方法包括：形成(S1)电极组件200，把下部绝缘板和电极组件插入(S2)到外壳中，把中心销轴向地插入(S3)到电极组件的中心，把电解液注入(S4)到外壳中，以及组合(S5)盖子组件与外壳，完成圆柱形锂二次电池。
现在参照图3和图4A-4D，将描述用于组装按照本发明的实施例圆柱形锂二次电池的方法。参照图4A，第一电极板210、分隔器230、和第二电极板220被分层。缠绕轴700被附着到分层的结构的一端，以及分层的结构被缠绕成基本上圆柱形，形成电极组件。在电极板210，220和分隔器230被缠绕前，第一和第二电极抽头215，225可分别被附着到第一和第二电极板210，220。
参照图4B，第二电极抽头225被折叠入下部绝缘板245的凹口245b，以及下部绝缘板245与电极组件200被插入到圆柱形外壳300。第二电极抽头225可以通过例如焊接被附着到凹口245b。
缠绕轴700可以在电极组件200被插入到外壳300之前从电极组件200拆除。
参照图4C，中心销600被插入到通过拆除缠绕轴700而留出的空间。另外，第二电极抽头225在中心销600被插入之前可以通过例如焊接被固定到圆柱形外壳300的底面320。因此，中心销600被布置成接触第二电极抽头225，以及允许第二电极抽头225更可靠地接触圆柱形外壳。
继续参照图4C，在电极组件200被插入到外壳后，电解液500被注入到外壳300。在电池充电或放电期间，电解液500使得锂离子能够在第一和第二电极板210，220之间运动。
参照图4D，在把电极组件200、中心销600、和电解液500固定在外壳300中后，盖子组件400与圆柱形外壳300相组合，完成圆柱形锂二次电池100的制造。
更具体地，基本上环形的绝缘垫圈450被插入到圆柱形外壳300的顶部，以及第一电极抽头215、导电保险弯头410、印刷电路板420、正的热敏电阻430、和电极盖440顺序放置在垫圈内。
此后，圆柱形外壳300的一部分被收口，形成收口区域340，以及外壳300的一部分被卷边，形成卷边区域330，减小盖子组件400从外壳300脱落的可能性。
如上所述，在按照本发明的实施例的圆柱形锂二次电池中，可以减小由于厚的电极抽头造成的下部绝缘板的变形的可能性。更具体地，提供了具有适于接纳电极抽头的凹口的下部绝缘板。因此，改进圆柱形锂二次电池的稳定性。
虽然本发明具体地是参照本发明的示例性实施例显示和描述的，但本领域技术人员将会看到，可以在形式上和细节上作出各种改变而
不背离如所附权利要求规定的本发明的精神和范围。
Claims (11)
1.一种圆柱形锂二次电池，包括：
缠绕型电极组件，它包括其上附着第一电极抽头的第一电极板、其上附着第二电极抽头的第二电极板、和被插入在第一电极板与第二电极板之间的分隔器，其中在电极组件的中心纵轴处形成一个空间；
圆柱形外壳，适于接纳和放置电极组件，圆柱形外壳具有底面；
第一绝缘板，使得电极组件与圆柱形外壳绝缘，第一绝缘板位于底面附近并包括凹口，该凹口适于容纳第一电极抽头和允许第一电极抽头被耦合到圆柱形外壳；以及
盖子组件，位于圆柱形外壳的与底面相反的末端，盖子组件被耦合到第二电极抽头以及密封外壳。
2.按照权利要求1的圆柱形锂二次电池，其中绝缘板基本上是圆形，以及具有位于中心的绝缘板通孔。
3.按照权利要求2的圆柱形锂二次电池，其中凹口的宽度约等于或大于绝缘板通孔的直径。
4.按照权利要求2的圆柱形锂二次电池，其中凹口的长度约等于或大于绝缘板和绝缘板通孔的半径的总和。
5.按照权利要求1的圆柱形锂二次电池，还包括被插入在电极组件的空间的中心销。
6.按照权利要求1的圆柱形锂二次电池，还包括第二绝缘板，使得电极组件与盖子组件绝缘，第二绝缘板位于电极组件与盖子组件之间。
7.按照权利要求1的圆柱形锂二次电池，还包括在圆柱形外壳中的电解液，电解液使得锂离子能够运动。
8.一种制造圆柱形锂二次电池的方法，包括：
通过缠绕第一电极板、第二电极板和被插入在第一电极板或第二电极板之间的分隔器而形成具有沿中心纵轴的空间的圆柱形电极组件，其中第一电极板上附着有第一电极抽头使得第一电极抽头从圆柱形电极组件的第一末端延伸，第二电极板上附着有第二电极抽头使得第二电极抽头从圆柱形电极组件的第二末端延伸；
把第一绝缘板放置在靠近和基本上平行于圆柱形电极组件的第一末端；
把第一电极抽头插入到第一绝缘板的表面上的凹口，以使得第一绝缘板处在第一电极抽头与电极组件之间；
把电极组件插入到圆柱形外壳的开放端，圆柱形外壳具有与开放端相反的底面，以使得第一电极抽头位于第一绝缘板与圆柱形外壳的底面之间，并接触底面；以及
把盖子组件与圆柱形外壳相组合，以使得盖子组件被耦合到第二电极抽头，并密封圆柱形外壳的开放端。
9.按照权利要求8的制造方法，还包括把第二绝缘板插入在盖子组件与电极组件之间，以使得电极组件与盖子组件绝缘。
10.按照权利要求8的制造方法，还包括把中心销插入到电极组件的空间。
11.按照权利要求8的制造方法，还包括把电解液注入到圆柱形外壳。
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