CN101615694B - 电极组件和使用该电极组件的锂二次电池 - Google Patents

电极组件和使用该电极组件的锂二次电池 Download PDF

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Abstract

一种电极组件和使用该电极组件的锂二次电池。通过在所述电极组件的最外面部分提供电极接线片而减少所述电极接线片产生的热量。绝缘元件被附加在所述电极接线片和各个电极板的边界处。绝缘元件也被贴在在所述电极组件的外部圆周上形成的未涂覆部分，从而防止未涂覆部分与活性材料层之间的内部短路或者未涂覆部分之间的内部短路。所述电极组件能够用于袋型、矩型和圆柱型锂二次电池以便防止电池中的内部短路。

Description

电极组件和使用该电极组件的锂二次电池
相关申请的交叉引用
本申请要求于2008年6月23日向韩国知识产权局提交的韩国申请No.2008-59128的权益，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
本发明的方面涉及二次电池，更具体地说，涉及电极组件和使用该电极组件的锂二次电池。
背景技术
通常，二次电池是能够重复充电和放电的电池，不同于不可再充电的一次性电池。二次电池已被广泛用于诸如蜂窝电话、笔记本计算机和可携式摄像机之类的先进的电子装置。
更具体地说，因为锂二次电池具有3.6V的工作电压，是镍-镉电池或者镍-氢电池的三倍，并且具有高的每单位重量的能量密度，所以它得到快速的发展。锂二次电池使用锂族氧化物作为阴极活性材料，并且使用碳材料作为阳极活性材料。根据电解质的种类，锂二次电池被分成液态电解质电池和聚合物电解质电池。使用液态电解质的电池被叫做锂离子电池，使用聚合物电解质的电池被叫做锂聚合物电池。另外，根据锂二次电池的壳体的形状，它被分为圆柱型、角型和袋型。
电极组件被提供在锂二次电池的壳体内部。电极组件通过在阴极板与阳极板之间***隔板并将此三者卷绕在一起而形成。该阴极板和阳极板由集电体和涂覆在该集电体的至少一个表面上的活性材料层形成。该集电体的两端包括未形成活性材料层的未涂覆部分。通常，电极接线片被提供在未涂覆部分。
通常，在电池中电极接线片被焊接到电极板的部分，不同成分的金属，即电极板的金属和电极接线片的金属彼此电连接。因此，这些部分的内阻(IR)增加，并且产生相当多的热量。因此，保护带被贴上以保护电极板和电极接线片彼此电连接的部分。
另外，绝缘带被贴在在电极接线片安装部分、活性材料层与未涂覆部分之间的边界。贴在活性材料层与未涂覆部分之间的边界的绝缘带防止电极板之间或者一个电极板的接线片与另一电极板之间的接触可能引起的短路。
然而，保护带或者绝缘带仅仅被贴在电极板的部分区域。同时，使电极板彼此绝缘的隔板由于附近的电极接线片产生的内部热量而皱缩。因而，一个电极板的没有绝缘带的未涂覆部分和另一个电极板的活性材料层彼此电连接，从而使电池内部短路。另外，两个电极板的未涂覆部分之间的接触可能导致电池内部短路的发生。内部短路可能引起诸如火灾或者电池***之类的事故，因而对电池的可靠性具有不利的影响。
发明内容
本发明的一方面提供一种电极组件和使用该电极组件的锂二次电池，该电池组件能够防止由于过充电/过放电而引起的电极接线片的过热或者燃烧。本发明的另一方面提供一种电极组件和使用该电极组件的锂二次电池，该电极组件在电极板之间的隔板被压缩时，能够防止可能由一个电极板的未涂覆部分与另一个电极板的活性材料层之间的接触而引起的内部短路。本发明的又一方面提供一种电极组件和使用该电极组件的锂二次电池，该电极组件在电极板之间的隔板被压缩时，能够防止可能由电极板的未涂覆部分之间的接触而引起的内部短路。
更详细地，本发明的一方面提供一种电极组件，包括：具有集电体的第一电极板，该集电体在其两端具有未被活性材料涂敷的未涂覆部分；具有集电体的第二电极板，该集电体在其两端具有未被活性材料涂敷的未涂覆部分；插在所述第一电极板与所述第二电极板之间的隔板；被提供在所述第一电极板的最外面部分的第一电极接线片；以及被提供在所述第二电极板的最外面部分的第二电极接线片。所述第一电极接线片和所述第二电极接线片可以分别被提供所述第一电极板和所述第二电极板的在所述电极组件被卷绕时被布置在所述电极组件的最外面部分的后未涂覆部分。
绝缘元件可以被贴在所述第一电极板的最外面部分处的后未涂覆部分的至少一个表面。也就是说，所述绝缘元件可以被贴在所述第一电极板的后未涂覆部分的内表面，该内表面面向所述第二电极板的后未涂覆部分的外表面。代替地，所述绝缘元件可以被贴在所述第一电极板的后未涂覆部分的外表面，该外表面面向所述第二电极板的后未涂覆部分的内表面。
所述绝缘元件也可以被贴在所述第一电极板的前未涂覆部分的至少一个表面。所述绝缘元件也可以被贴在所述第一电极板的前未涂覆部分的两个表面。
所述绝缘元件可以是绝缘带。所述绝缘元件可以是被贴在所述第一电极板的活性材料层与未涂覆部分之间的边界部分的层压带。
所述第一电极板可以是阴极板。所述第二电极板可以是阳极板。
本发明的另一方面提供一种包括上述电极组件的锂二次电池。
本发明的附加方面和/或优点部分将在下面的说明书中提出，部分从说明书中显而易见，或者可以通过实施本发明而获悉。
附图说明
从以下结合附图对实施例的描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得更加明显和更加容易理解，在附图中：
图1是示出使用根据本发明示例性实施例的电极组件的袋型锂二次电池的分解立体图；
图2是示出图1的锂二次电池的状态的截面图；
图3是示出电极组件的横截面图；以及
图4是示出层压带绝缘元件贴在图3的电极组件的示意图。
具体实施方式
现在将详细参照本发明的实施例，本发明的示例被示出在附图中，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。为了解释本发明，以下参照附图描述实施例。
首先参照图3和4，根据本发明示例性实施例的电极组件100包括阴极板110、阳极板120和隔板130。电极组件100通过在阴极板110与阳极板120之间***隔板130并且将此三者卷绕在一起成胶卷形而形成。
阴极板110包括由薄铝箔制成的阴极集电体111和包含涂覆在阴极集电体111的两个表面上的锂氧化物作为主要成分的阴极活性材料层112。另外，未涂覆阴极部分113分别形成在阴极集电体111的两端，其中未涂覆阴极部分113指阴极活性材料层112未涂覆在阴极集电体111上的区域。现在，还参照图1和图2，阴极接线片140通过超声波焊接被固定到未涂覆阴极部分113，阴极接线片140的一端以从电极组件100和阴极集电体111向外伸出的方式被固定到卷绕的阴极集电体111的上表面或者上端。阴极接线片140通常由镍、镍合金或者其它金属制成。
阳极板120包括由薄铜(Cu)箔制成的阳极集电体121和包含涂覆在阳极集电体121的两个表面上的碳材料作为主要成分的阳极活性材料层122。另外，未涂覆阳极部分123也分别形成在阳极集电体121的两端，其中未涂覆阳极部分指阳极活性材料层122未涂覆在阳极集电体121上的区域。阳极接线片150通过超声波焊接被固定到未涂覆阳极部分123，阳极接线片150的一端以从电极组件100和阳极集电体121向外伸出的方式被固定到卷绕的阳极集电体121的上表面或者上端。阳极接线片150通常由镍、镍合金或者其它金属制成。
隔板130插在阴极板110与阳极板120之间以防止极板之间短路。隔板130由聚乙烯、聚丙烯或者其合成膜制成，但材料并不限于此。隔板130比阴极板110和阳极板120宽。因此，隔板130伸出到阴极板110和阳极板120之外。
另外，电极组件100使用绝缘带作为绝缘元件。保护带160或者层压带170或180用作绝缘带。绝缘带可由任何材料制成，只要该材料是对电解质或者锂离子具有高稳定性的绝缘材料。具体地说，绝缘带可由选自诸如聚四氟乙烯(PTFE)、四氟乙烯-六氟乙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-乙烯共聚物(ETFE)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)或者聚偏二氟乙烯(PVDF)之类的氟化树脂、聚酰亚胺、液晶聚合物(LCP)、聚苯硫醚(PPS)、聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)和聚醋酸盐树脂的组的任何一种树脂制成。
保护带160被贴以包围阴极接线片140和阳极接线片150被焊接到阴极板110和阳极板120的区域的外表面。因此，保护带160防止隔板130被从阴极板110和阳极板120伸出的阴极接线片140和阳极接线片150损坏。
层压带170和180被贴在阴极活性材料层112和阳极活性材料层122的始端部分和末端部分，并且层压带170和180被形成在作为下层材料的阴极集电体111和阳极集电体121的两个表面上。因此，层压带170和180防止隔板130在阴极活性材料层112和阳极活性材料层122的始端部分和末端部分被损坏，其中，当阴极活性材料层112和阳极活性材料层122被涂覆时，隔板130伸出到未涂覆阴极部分113和未涂覆阳极部分123之外。
在电极组件100中，当阴极板110、隔板130和阳极板120被卷绕在一起成胶卷形时，未涂覆阴极部分113和未涂覆阳极部分123被形成在阴极板110和阳极板120的两端。在未涂覆阴极部分113和未涂覆阳极部分123中，卷绕始端位置处的未涂覆部分被称为“前未涂覆阴极部分113A或前未涂覆阳极部分123A”，卷绕末端位置处的未涂覆部分被称为“后未涂覆阴极部分113B或后未涂覆阳极部分123B”。
为了方便起见，具有阴极板110和阳极板120的前面的部分也被定义为电极组件的内圆周部，而具有阴极板110和阳极板120的后面的部分也被定义为电极组件的外圆周部。阴极接线片140和阳极接线片150被提供在电极组件100的外圆周部。阴极接线片140被焊接到后阴极未涂覆部分113B，保护带160被贴在阴极接线片140上。阳极接线片150被焊接到后阳极未涂覆部分123B，保护带160被贴在阳极接线片150上。
另外，绝缘元件被贴在阴极板110的后阴极未涂覆部分113B的内表面。绝缘元件是贴在阴极活性材料层112与后阴极未涂覆部分113B之间的边界的层压带170A。层压带170A延伸到后阴极未涂覆部分113B的末端。因此，阴极板110的层压带170A与阳极板120的后阳极未涂覆部分123B的外表面对应，隔板130插在它们之间。
另外，绝缘元件被贴在阴极板110的与阳极板120的后阳极未涂覆部分123B的内表面对应的外表面。绝缘元件是被贴在阴极板110的后阴极未涂覆部分113B的边界的层压带170B。层压带170B延伸到后阴极未涂覆部分113B的末端。因此，层压带170B在阴极板110的后阴极未涂覆部分113B处与阳极板120的后阳极未涂覆部分123B的内表面对应，隔板130’插在它们之间。
在阴极板110和阳极板120或者阴极未涂覆部分113B和阳极未涂覆部分123B中，“外表面”指面向电极组件外部的表面，“内表面”指面向电极组件内部的表面。在另一方面，层压带180可以进一步被贴在阴极板110的位于电极组件100的内圆周部中的前阴极未涂覆部分113A的两个表面。层压带180防止阳极板120的阳极活性材料层122与前阳极未涂覆部分123A之间接触。
以下将解释具有上述结构的电极组件的操作。阴极接线片140和阳极接线片150被提供在电极组件100的外圆周处。换句话说，阴极接线片140通过超声波焊接到阴极板110的最外面部分，然后保护带160被贴在其上，阳极接线片150通过超声波焊接到阳极板120的最外面部分，然后保护带160被贴在其上。阴极接线片140和阳极接线片150位于电极组件100的最外面部分，因而在充电或者放电期间聚集在阴极接线片140和阳极接线片150的热量较少。因此，可以防止可能由阴极接线片140和阳极接线片150的热量引起的阴极板110与阳极板120之间的内部短路。如上所述，与电极接线片位于电极组件100的内圆周上的情况相比，位于电极组件100的最外面部分的阴极接线片140和阳极接线片150的热辐射性能得到改进。
另外，层压带170A在阴极板110的后阴极未涂覆部分113B的内表面上被延伸并且贴在阴极板110的后阴极未涂覆部分113B的末端。因此，阴极板110的层压带170A与阳极板120的后阳极未涂覆部分123B的外表面对应，隔板130插在它们之间。因此，即使插在阴极板110与阳极板120之间的隔板130被损坏或者皱缩，也不会发生可能由阴极板110的后阴极未涂覆部分113B与阳极板120的后阳极未涂覆部分123B之间的接触引起的短路。进一步，不会发生可能由阴极板110的后阴极未涂覆部分113B与阳极板120的阳极活性材料层122之间的接触引起的短路。具体地说，可以防止在其它情况下可能由阴极板110的阴极未涂覆部分113B与阳极板120的阳极活性材料层122之间的接触引起的对电池致命损坏。
另外，当层压带170B与阳极板120的后阳极未涂覆部分123B的内表面对应时，层压带170B被贴在具有阴极板110的后阴极未涂覆部分113B的外表面，隔板130’插在它们之间。因此，即使插在阴极板110与阳极板120之间的隔板130’被损坏或者皱缩，也不会发生可能由阳极板120的后阳极未涂覆部分123B与阴极板110的后阴极未涂覆部分113B之间的接触引起的短路。进一步，不会发生可能由阳极板120的后阳极未涂覆部分123B与阴极板110的阴极活性材料层112之间的接触引起的短路。具体地说，可以防止可能由阳极板120的后阳极未涂覆部分123B与阴极板110的阴极活性材料层112之间的接触引起的内部短路。如上所述，在电极组件100中，阴极板110的阴极接线片140和阳极板120的阳极接线片150位于电极组件100的最外面部分，从而使可能由在电极接线片上产生的热量引起的内部短路最小化。
另外，当隔板130或者130’被损坏或者皱缩时，阳极板120的后阳极未涂覆部分123B与阴极板110的后阴极未涂覆部分113B或者阴极活性材料层112绝缘，从而防止电池中的内部短路。因此，可以完全防止可能发生在电池组件100的外圆周上的短路。另外，阴极板110的前阴极未涂覆部分113A的两个表面被层压带180绝缘。因此，也可以防止可能发生在前阴极未涂覆部分113A和前阳极未涂覆部分123A或者阳极活性材料层122之间的短路。
电极组件100的绝缘元件160、170和180防止可能发生在阴极接线片140与阳极接线片150之间的短路，并且完全防止可能发生在阴极板110的阴极未涂覆部分113A或者113B与阳极板120的阳极活性材料层122之间的短路和可能发生在阳极板120的阳极未涂覆部分123A和123B与阴极板110的阴极活性材料层112之间的短路。另外，当电极组件100被容纳在袋中并且被密封时，电极组件100防止袋(下面的附图标记10)与阴极接线片140和阳极接线片150之间的短路，以及电极板的未涂覆部分与活性材料层之间的短路。
以下将解释使用上述电极组件100的袋型锂二次电池。图1和2示出上述电极组件100和工作中的包含电解质(此处不描述电解质)的袋型锂二次电池10。袋型锂二次电池10包括具有内部空间11用于将电极组件100密封于其中的第一壳体12和密封第一壳体12的第二壳体13。
袋型锂二次电池10的第一壳体12和第二壳体13具有绝缘层、金属层和保护层按顺序堆叠的结构(未示出)。绝缘层是最里面的层，具有绝缘和热粘性。金属层防止渗水和电解质损耗。保护层是最外面的层，保护电池体。然而，袋的具体的材料和形状并不限于所讨论或者示出的。
具有上述结构的电极组件100被容纳在壳体12的内部空间11中。在这点上，电极组件100的阴极接线片140和阳极接线片150被描绘超出随后彼此密封的第一壳体12和第二壳体13之外。电极组件100被容纳在第一壳体12中之后，电解质被注入。然后，通过沿着内部空间11的边界向密封表面施加预定的热量和压力来密封第一壳体12和第二壳体13，从而完成袋型锂二次电池10。
本实施例的袋型锂二次电池10具有与电极组件100的上述效果相同的优点：减少在阴极接线片140和阳极接线片150处产生的热量，防止一个电极板的未涂覆部分与另一电极板的活性材料层之间或者在电极板的未涂覆部分之间短路。在上述实施例中，电极组件100被描述用于袋型锂二次电池10，但不限于此。电极组件100也能用于矩形或者圆柱形锂二次电池。
如上所述，根据本发明这些方面的电极组件和包括该电极组件的锂二次电池产生以下效果。第一，通过在电极组件的最外面部分提供电极接线片，热辐射性能被提高，从而防止电极接线片由于过充电/过放电而过热或者燃烧。第二，被贴在电极板的被卷绕在电极组件的最外面部分处的未涂覆部分的绝缘元件防止当隔板被压缩时由一个电极板的未涂覆部分与另一个电极板的活性材料层之间的接触引起的内部短路。第三，被贴在电极板的被卷绕在电极组件的最外面部分处的未涂覆部分的绝缘元件防止当隔板被压缩时由电极板的未涂覆部分之间的接触引起的内部短路。
尽管本发明的几个实施例已被示出和描述，但本领域技术人员应当理解的是，在不违背本发明的原理和精神的前提下，可以对该实施例做出改变，本发明的范围由权利要求和其等同物限定。

Claims (14)

1.一种电极组件，包括：
具有集电体的第一电极板，该集电体在其两端具有未被活性材料涂覆的未涂覆部分；
具有集电体的第二电极板，该集电体在其两端具有未被活性材料涂覆的未涂覆部分；
隔板，插在所述第一电极板与所述第二电极板之间；
第一电极接线片，被提供在所述第一电极板的最外面部分；
第二电极接线片，被提供在所述第二电极板的最外面部分；以及
被贴在所述第一电极板的最外面部分的后未涂覆部分的至少一个表面的绝缘元件；
其中所述绝缘元件是被贴在所述第一电极板和所述第二电极板中的至少一者的活性材料层与未涂覆部分之间的边界部分的层压带，该绝缘元件延伸到该至少一个活性材料层的未涂覆部分的末端，并且
其中所述绝缘元件被贴在所述第一电极板的后未涂覆部分的内表面，该内表面面向所述第二电极板的后未涂覆部分的外表面。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极接线片被提供在所述第一电极板的当所述电极组件被卷绕时被布置在最外面部分的后未涂覆部分，所述第二电极接线片被提供在所述第二电极板的当所述电极组件被卷绕时被布置在最外面部分的后未涂覆部分。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘元件被贴在所述第一电极板的后未涂覆部分的外表面，该外表面面向所述第二电极板的后未涂覆部分的内表面。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘元件被贴在所述第一电极板的前未涂覆部分的至少一个表面。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘元件被贴在所述第一电极板的前未涂覆部分的两个表面。
6.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述绝缘元件是绝缘带。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极板是阴极板。
8.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第二电极板是阳极板。
9.一种锂二次电池，包括：
壳体；以及
电极组件，包括：
具有集电体的阴极板，该集电体在其两端具有未涂覆部分；
具有集电体的阳极板，该集电体在其两端具有未涂覆部分；
隔板，插在所述阴极板与所述阳极板之间；
阴极接线片，被提供在所述阴极板的最外面部分；
阳极接线片，被提供在所述阳极板的最外面部分；以及
绝缘元件，该绝缘元件在所述阴极板和所述阳极板的活性材料层与相应的未涂覆部分之间的边界部分，被贴在所述阴极板和所述阳极板的任一者或两者的后未涂覆部分的至少一个表面以及所述阴极板和所述阳极板的任一者或两者的前未涂覆部分的至少一个表面，并延伸到相应的阴极板和阳极板的末端，并且
其中所述绝缘元件被贴在所述阳极板和所述阴极板中的一者的后未涂覆部分的内表面，该内表面面向所述阳极板和所述阴极板中的另一者的后未涂覆部分的外表面。
10.根据权利要求9所述的锂二次电池，其中所述阴极板、所述阳极板和所述隔板被卷绕成胶卷形。
11.根据权利要求9所述的锂二次电池，其中所述阴极接线片被贴在所述阴极板的当所述电极组件被卷绕时被布置在最外面部分的后未涂覆部分，所述阳极接线片被贴在所述阳极板的当所述电极组件被卷绕时被布置在最外面部分的后未涂覆部分。
12.根据权利要求11所述的锂二次电池，进一步包括被贴在所述阴极接线片与所述阴极板的边界和所述阳极接线片与所述阳极板的边界的绝缘元件。
13.根据权利要求9所述的锂二次电池，其中所述壳体进一步包括：
最里面的绝缘层；
中间的金属层；以及
最外面的保护层。
14.根据权利要求9所述的锂二次电池，其中所述壳体的形状是袋形、圆柱形或者矩形中的一种。
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