DE19849468A1

DE19849468A1 - Elektrodenbaugruppe einer Sekundärbatterie

Info

Publication number: DE19849468A1
Application number: DE19849468A
Authority: DE
Inventors: Sang Kwon Kim
Original assignee: Samsung Display Devices Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 1999-10-14
Anticipated expiration: 2018-10-22
Also published as: CN1231522A; CN1174504C; KR19990079767A; JPH11307085A; DE19849468B4; JP4026958B2; KR100249340B1

Abstract

Eine Rollenelektrodenbaugruppe schließt einen Scheider, eine innere Elektrode, die bezüglich einer Rollrichtung auf einer inneren Oberfläche des Scheiders angeordnet ist, und eine äußere Elektrode, die bezüglich einer Rollrichtung auf einer äußeren Oberfläche des Scheiders angeordnet ist, ein. Die äußere Elektrode weist eine Grundplatte auf, auf deren einander gegenüberliegenden Oberflächen eine aktive Masse angebracht ist. Auf einer Oberfläche in einem spezifischen Bereich der Grundplatte, die nicht der aktiven Masse der inneren Elektrode gegenüberliegt, ist keine aktive Masse angebracht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodenbaugruppe einer Sekundärbatterie und genauer auf eine Rollenelektrodenbaugruppe einer Sekundärbatterie, die das Gewicht der Batterie durch den Wegfall unnötiger aktiver Masse reduzieren kann.

Beschreibung des Stands der Technik

Im allgemeinen ist eine Sekundärbatterie eine wiederaufladbare Batterie, zum Beispiel eine Nickelmetallhydridbatterie, eine Lithiumbatterie oder eine Lithiumionenbatterie, wie sie bei vielen Anwendungen zum Einsatz kommt.

Die Lithiumionenbatterie verwendet ein Lithiummetalloxid als aktive Masse der positiven Elektrode und Kohlenstoff oder eine Kohlenstoffverbindung als aktive Masse der negativen Elektrode. Als Füllsäure der Batterie dient mehr als ein organisches Lösungsmittel zum Auflösen eines Lithiumsalzes.

Das Laden und Entladen der Batterie erfolgt durch elektromotorische Kraft, die erzeugt wird, während sich Lithiumionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode bewegen. Das heißt, daß beim Laden der Lithiumionensekundärbatterie von der positiven Elektrode emittierte Lithiumionen durch das Karbonat der negativen Elektrode absorbiert werden. Während des Entladens der Lithiumionensekundärbatterie werden im Karbonat enthaltene Lithiumionen durch das Lithiummetalloxid der positiven Elektrode absorbiert.

Fig. 3 zeigt eine herkömmliche Lithiumionenbatterie.

Die Lithiumionenbatterie weist auf eine Rollenelektrodenbaugruppe 8 mit einer positiven Elektrode 2, einer negativen Elektrode 6 und einem zwischen der positiven Elektrode 2 und der negativen Elektrode 6 angeordneten Scheider 4; einen Becher 10, in den die Rollenelektrodenbaugruppe 8 eingesetzt wird, wobei die negative Elektrode 6 ihn berührt; und eine Abdeckungsbaugruppe 12, die auf dem Becher 10 angebracht ist, wobei die positive Elektrode 2 an sie gekoppelt ist. Füllsäure wird in den Becher 10 injiziert. Isolierplatten 14 befinden sich am oberen bzw. unteren Ende der Rollenelektrodenbaugruppe 8, um zu verhindern, daß die Rollenelektrodenbaugruppe 8 die Abdeckungsbaugruppe 12 und den Becher 10 berührt.

In der oben beschriebenen herkömmlichen Lithiumionenbatterie weist sowohl die positive Elektrode 2 als auch die negative Elektrode 6 eine Platte 16 und eine aktive Masse 18, die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Platte 16 angebracht ist, auf (siehe Fig. 4).

Nachdem der Scheider 4 zwischen der positiven Elektrode 2 und der negativen Elektrode 6 angeordnet worden ist, wird die Elektrodenbaugruppe aufgerollt und anschließend in den Becher 10 eingesetzt.

In der oben beschriebenen Elektrodenbaugruppe hat die negative Elektrode 6, die bezüglich der Rollrichtung an der Außenseite des Scheiders 4 aufgerollt ist, inaktive Bereiche A und B, die nicht der aktiven Masse der positiven Elektrode 2, die an der Innenseite des Scheiders 4 aufgerollt ist, gegenüberliegen (siehe Fig. 5).

Das Laden und Entladen in der Lithiumionenbatterie erfolgt durch die Bewegung der Lithiumionen zwischen der positiven und der negativen Elektrode, die einander gegenüberliegen. Deshalb wirkt die aktive Masse, die auf der äußeren Oberfläche (inaktiver Bereich A) der Platte 16 der innersten Windung der negativen Elektrode 6 bezüglich der Rollrichtung gebildet wird, während des Ladens und Entladens der Batterie nicht mit der aktiven Masse der positiven Elektrode 2 zusammen. Somit wird sie zu unnötiger aktiver Masse, die das Batteriegewicht erhöht. Die aktive Masse, die auf der inneren Oberfläche (inaktiver Bereich B) der Platte 16 der äußersten Windung der negativen Elektrode 6 bezüglich der Rollrichtung gebildet wird, wirkt während des Ladens und Entladens der Batterie ebenfalls nicht mit der aktiven Masse der positiven Elektrode 2 zusammen. Somit wird auch sie zu unnötiger aktiver Masse.

Die aktiven Massen, die in den inaktiven Bereichen A und B unnötigerweise gebildet werden, beanspruchen den begrenzten Innenraum des Bechers 10, wodurch die Menge der für das Laden und Entladen verwendbaren aktiven Masse reduziert wird.

Die vorliegende Erfindung dient der Beseitigung der oben beschriebenen Nachteile jeder Rollenelektrodenbaugruppe nach dem Stand der Technik.

Eine Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer Rollenelektrodenbaugruppe, die das Gewicht einer Batterie reduzieren kann.

Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung einer Rollenelektrodenbaugruppe, die eine Wärmeabzugswirkung erhöhen kann.

Zur Lösung der oben genannten Aufgaben schafft die vorliegende Erfindung eine Rollenelektrodenbaugruppe einschließlich eines Scheiders, einer inneren Elektrode, die bezüglich einer Rollrichtung auf einer inneren Oberfläche des Scheiders angeordnet ist, und einer äußeren Elektrode, die bezüglich einer Rollrichtung auf einer äußeren Oberfläche des Scheiders angeordnet ist. Die äußere Elektrode weist eine Grundplatte auf, auf deren einander gegenüberliegenden Oberflächen eine aktive Masse angebracht ist. Auf einer Oberfläche in einem spezifischen Bereich der Grundplatte, die nicht der aktiven Masse der inneren Elektrode gegenüberliegt, befindet sich keine aktive Masse.

Der spezifische Bereich weist eine äußerste Windung der äußeren Elektrode und eine innerste Windung der äußeren Elektrode auf.

Vorzugsweise ist die äußere Elektrode eine negative Elektrode.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die beigefügten Zeichnungen, die in die Beschreibung eingeschlossen sind und einen Teil von ihr bilden, veranschaulichen eine Ausführungsform der Erfindung und dienen in Verbindung mit der Beschreibung, der Erklärung der Erfindungsprinzipien:

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine negative Elektrode einer Elektrodenbaugruppe für eine Sekundärbatterie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht einer Ebene, die eine Sekundärbatterie zeigt, bei der eine Elektrodenbaugruppe gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 3 ist eine Längsschnittansicht, die eine herkömmliche Sekundärbatterie zeigt;

Fig. 4 ist eine Schnittansicht, die eine herkömmliche Elektrode zeigt; und

Fig. 5 ist eine Schnittansicht einer Ebene der in Fig. 3 dargestellten Sekundärbatterie.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Im folgenden wird detailliert auf die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, die beispielhaft in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht wird. Wo immer es möglich ist, werden in allen Zeichnungen für dieselben oder gleiche Teile einheitliche Bezugszahlen verwendet.

Fig. 1 zeigt eine Elektrode gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform wird eine negative Elektrode der Lithiumionenbatterie beispielhaft dargestellt.

Bezugszahl 60 bezeichnet eine erfindungsgemäße negative Elektrode, die eine Grundplatte 62 und aktive Massen 64 und 66, die auf den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Grundplatte 62 angebracht sind, aufweist.

Wie in Fig. 2 gezeigt, ist die negative Elektrode 60 auf einer äußeren Oberfläche eines Scheiders 4 bezüglich seiner Rollrichtung angeordnet. Auf einer inneren Oberfläche des Scheiders 4 ist eine positive Elektrode 2 angeordnet.

Da die Elektrodenbaugruppe mit der negativen Elektrode 60 und der positiven Elektrode 2 sowie dem Scheider 4 aufgerollt ist, hat die negative Elektrode 60 an ihren innersten und äußersten Windungen inaktive Bereiche A1 und B1, die der aktiven Masse der positiven Elektrode 2 nicht gegenüberliegen.

Deshalb fällt die aktive Masse, die nach dem Stand der Technik in den inaktiven Bereichen A1 und B1 der negativen Elektrode 60 angebracht ist, in der vorliegenden Erfindung weg. Das heißt, daß die aktive Masse an der negativen Elektrode 60 außer an solchen Stellen angebracht wird, die den inaktiven Bereichen A1 und B1 entsprechen.

Genauer gesagt, wird im Bereich A1, der sich auf der innersten Windung der negativen Elektrode 60 befindet, die aktive Masse nur auf einer äußeren Oberfläche der Grundplatte 62 angebracht, die der aktiven Masse der angrenzenden positiven Elektrode 2 gegenüberliegt. Das heißt, daß auf einer inneren Oberfläche der Grundplatte 62 der innersten Windung der negativen Elektrode 60 keine aktive Masse angebracht wird. Zusätzlich wird im Bereich B1, der sich auf der äußersten Windung der negativen Elektrode 60 befindet, die aktive Masse nur auf einer inneren Oberfläche der Elektrodenoberfläche 62 angebracht, die der aktiven Masse der positiven Elektrode 2 gegenüberliegt. Das heißt, daß auf einer äußeren Oberfläche der Grundplatte 62 der äußersten Windung der negativen Elektrode 60 keine aktive Masse angebracht wird.

Hier befindet sich ein Bereich B2 an einem Ende der äußersten Windung der negativen Elektrode 60. Beide Oberflächen der Grundplatte 62 im Bereich B2 sind nicht schon an sich mit der aktiven Masse versehen, die mit einem Verbindungselement zu verbinden ist. Ein inneres Ende A2 der innersten Windung der negativen Elektrode 60 ist ebenfalls nicht schon an sich mit der aktiven Masse versehen.

Um die oben beschriebene negative Elektrode 60 herzustellen, wird die aktive Masse zuerst auf einer Oberfläche der Grundplatte 62 außer in den Bereichen A1, A2 und B2 angebracht. Dann wird die aktive Masse auch auf der anderen Oberfläche außer in den Bereichen A2, B1 und B2 angebracht. Die negative Elektrode 60 wird getrocknet, unter Walzen gepreßt und anschließend bei einer vorbestimmten Länge abgeschnitten.

Wie oben beschrieben, ist die erfindungsgemäße negative Elektrode 60 so gestaltet, daß inaktive Bereiche, die nicht mit der aktiven Masse der angrenzenden positiven Elektrode 2 zusammenwirken, nicht mit der aktiven Masse versehen sind. Deshalb wird das Gewicht der Batterie im Verhältnis zum Gewicht der aktiven Masse, die aus den inaktiven Bereichen entfernt wird, reduziert.

Das heißt, daß bei einem Test mit einer Batterie der Größe "18650" eine Reduzierung des Gewichts von ca. 0,5 bis 6 g erreichbar ist. Außerdem ist bei einer Batterie der gleichen Größe eine Reduzierung des Durchmessers der Rollenelektrodenbaugruppe um ca. 0,5 mm erreichbar.

Weiterhin wird bei der Batterie mehr Wärme abgeleitet, da eine Oberfläche der äußersten Windung der negativen Elektrode offenliegt, ohne mit der aktiven Masse versehen worden zu sein.

Die oben beschriebene Ausführungsform bezieht sich auf den Fall, in dem die negative Elektrode 60 auf der Außenseite des Scheiders 4 aufgerollt ist. Wenn die positive Elektrode jedoch auf der äußeren Oberfläche des Scheiders 4 angeordnet ist, ist die positive Elektrode auf die gleiche Art und Weise wie die oben beschriebene, negative Elektrode 60 herstellbar.

Zwar ist diese Erfindung im Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben worden, die gegenwärtig als die praktischste und bevorzugte betrachtet wird, jedoch ist davon auszugehen, daß die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt werden soll, sondern im Gegenteil beabsichtigt ist, verschiedene Modifizierungen und äquivalente Verfahren innerhalb des Geistes und Schutzbereiches der beigefügten Ansprüche einzuschließen.

Claims

1. Rollenelektrodenbaugruppe für eine Sekundärbatterie, aufweisend:
einen Scheider;
eine innere Elektrode, die bezüglich einer Rollrichtung auf einer inneren Oberfläche des Scheiders angeordnet ist; und
eine äußere Elektrode, die bezüglich einer Rollrichtung auf einer äußeren Oberfläche des Scheiders angeordnet ist, wobei die äußere Elektrode eine Grundplatte aufweist, auf deren einander gegenüberliegenden Oberflächen eine aktive Masse angebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Oberfläche in einem spezifischen Bereich der Grundplatte, die nicht der aktiven Masse der inneren Elektrode gegenüberliegt, keine aktive Masse angebracht ist.

2. Rollenelektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Bereich eine äußerste Windung der äußeren Elektrode aufweist.

3. Rollenelektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Bereich eine innerste Windung der äußeren Elektrode aufweist.

4. Rollenelektrodenbaugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode eine negative Elektrode ist.