CN103765632B - 锂离子二次电池 - Google Patents

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Abstract

该锂离子二次电池包括:电极体,其中正电极和负电极被层叠或缠绕且在其间设置有分隔体;从所述电极体引出的多个正电极接头和多个负电极接头;和位于所述多个正电极接头与正电极引出接头之间的接合部分以及位于所述多个负电极接头与负电极引出接头之间的接合部分。金属板的一部分被配置在并一体地接合至所述接合部分中的正电极接头或正电极引出接头的表面以及所述接合部分中的负电极接头或负电极引出接头的表面。每个金属板的剩余部分围绕每个接合部分缠绕。

Description

锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及具有特性优异的正电极引出接头和负电极引出接头的锂离子二次电池。
背景技术
正电极和负电极经由分隔体层叠或缠绕的锂离子电池通过增加正电极和负电极中的每个的面积或增加待层叠的正电极和负电极中的每个的数量,而容易地增加每单位电池的容量,因此适宜被用作具有大充电/放电容量的电池。
在锂离子二次电池中,正电极按如下方式制造:将通过混合颗粒正电极活性材料、导电材料、粘结剂等而获得的正电极浆料局部地涂布到集电体的带状铝箔表面上,接着进行干燥,并将所得集电体切割成各自具有预定尺寸的块体。负电极以相同方式制造。操作方式如下:将通过混合颗粒负电极活性材料、导电材料、粘结剂等而获得的负电极浆料间歇地地涂布到集电体的带状铜箔表面上,接着进行干燥,并将所得集电体切割成各自具有预定尺寸的块体。
在锂离子二次电池中,在通过经由分隔体层叠多个正电极和多个负电极制成电池元件之后,各自与每个电极的集电体一体地形成的电极接头或者各自通过将导电性构件与集电体接合而制成的电极接头分别通过超声波接合与各自具有高强度的正电极引出接头和负电极引出接头接合,然后被容纳在外壳中,接着进行密封。
已知的是:在对比如金属箔等薄构件进行超声波接合时,比如电极引出接头等薄构件受到损伤。为了应对这种情况,提出了许多方案,其中将保护构件介于电极接头与电极引出接头之间,并将这些构件共同地接合在一起(见例如专利文献1)。
引用列表
专利文献
[专利文献1] JP09-206963A。
发明内容
本发明要解决的问题
在各自由金属箔形成的正电极接头和负电极接头分别通过超声波接合与正电极引出接头和负电极引出接头接合时,通过在超声波砧角抵靠接合部分的那侧设置保护金属板,能够防止接合部分的金属箔受到损伤。然而,在超声波接合时在接合部分中不可避免地形成毛刺或突起。此外,为了增加电池的有效电极表面,有必要使接合部分尽可能靠近电池电极的活性材料涂布表面;然而,接合部分越靠近活性材料涂布表面,则在接合部分的焊接之后进行保护金属板的切割则变得越困难。
图6A和6B是用于说明通过经由分隔体层叠正电极和负电极而获得的电极层叠体的视图。图6A是电极层叠体的平面图。图56是沿图6A的B-B'线所取的剖视图。
正电极引出接头115和负电极引出接头215附接至通过经由分隔体层叠正电极和负电极而获得的电极层叠体400。
在多个金属箔正电极接头105与正电极引出接头115之间的接合部分110中,金属板120被设置作为保护构件,并且金属箔正电极接头105、正电极引出接头115和金属板120被共同地接合在一起。通过这种构造,正电极接头105和正电极引出接头115可形成接合部分110而不被损伤。
在超声波接合之前,将正电极引出接头115放置在具有凹凸表面的砧座上,在正电极引出接头115的上表面的预定位置上放置多个正电极接头105,在正电极接头105上设置作为保护构件的金属板120,并使超声波接合设备的砧角抵靠金属板120。当在该状态中执行超声波接合时,在正电极引出接头115和金属板120的表面上不可避免地产生比如毛刺或突起等表面异常部分140。
在正电极接头105与正电极引出接头115之间的接合部分中产生的比如毛刺或突起等表面异常部分140可能在电池受到大冲击或振动而使电极体在电池外壳内移动时接触电池构成部件而引起短路。此外,当膜状外壳被用作电池外壳时,所产生的毛刺或突起可能损伤膜状外壳。
本发明的一个目的是提供一种锂离子二次电池,其能够防止因在正电极引出接头和负电极引出接头中的每个的接合部分中形成的比如毛刺或突起等表面异常部分140的存在而在电池内发生的短路和对膜状外壳的损伤。
解决问题的手段
本发明被做出来解决上述问题,并且本发明的锂离子二次电池包括:电极体,其中正电极和负电极经由分隔体被层叠或缠绕;从所述电极体引出的多个正电极接头;从所述电极体引出的多个负电极接头;所述正电极接头与正电极引出接头之间的接合部分;和所述负电极接头与负电极引出接头之间的接合部分,其中金属板的一部分被设置在所述接合部分的正电极接头或正电极引出接头的表面上以及所述接合部分中的负电极接头或负电极引出接头的表面上,并与之一体地接合,并且所述金属板的剩余部分围绕这些接合部分缠绕。
在本发明的锂离子二次电池中,所述金属板围绕每个接合部分的两个表面缠绕。
在本发明的锂离子二次电池中,所述金属板从它与所述接合部分接合之处的部分起缠绕一圈或更多。
在本发明的锂离子二次电池中,所述金属板被折叠在自身上以便覆盖在所述金属板与所述接合部分接合之处的部分处形成的表面异常部分,并且被进一步围绕所述接合部分的外周缘缠绕至覆盖另一表面异常部分的部分,所述另一表面异常部分形成在与所述表面异常部分在所述金属板的折叠部分处形成于其上的表面相反的表面上。
在本发明的锂离子二次电池中,所述金属板围绕所述金属板与所述接合部分接合之处的部分中的至少一个缠绕。
在本发明的锂离子二次电池中,所述接合部分和金属板各自被合成树脂层覆盖。
在本发明的锂离子二次电池中,所述合成树脂层是改性聚苯醚层。
本发明的优点
根据本发明的锂离子二次电池,在相应正电极和负电极的接合部分中,正电极引出接头和正电极引出接头以金属板彼此接合在一起,并且负电极引出接头和负电极引出接头以金属板彼此接合在一起。此外,金属板的剩余部分围绕接合部分中的每个的外周缘的两个表面缠绕。因此,在接合部分中产生的毛刺、突起或凹凸可被金属板覆盖。即使在电池受到冲击而使电极体在电池内移动时,这也防止在接合部分中产生的比如毛刺、突起、凹凸等表面异常部分接触电池构成部件,从而防止故障的发生。作为结果,能够提供具有高可靠性的锂离子二次电池。
附图说明
图1是用于说明本发明的锂离子二次电池的实施例的视图,其中图1A是层叠式锂离子二次电池的平面图,而图1B是沿图1A的A-A'线(正电极引出接头的中心线)所取的剖视图,其放大了电池电极的层叠方向。
图2是用于说明本发明的锂离子二次电池的电极层叠体的一个实施例的视图,其中图2A是平面图,图2B是沿图2A的A-A'线所取的剖视图,其以放大方式示出了在其制造期间的电极层叠体,并且图2C是沿图2A的A-A'线所取的剖视图,其以放大方式示出了在其制造之后的电极层叠体。
图3是用于说明锂离子二次电池的电极层叠体的另一实施例的视图,其中图3A是平面图,并且图3B是沿图3A的A-A'线所取的剖视图,其以放大方式示出了电极层叠体。
图4是用于说明本发明的另一实施例的剖视图,其逐步地示出了由图2A和3A的A-A'线示出的正电极侧接合部分的制造工艺。
图5是用于说明本发明的锂离子二次电池的再一实施例的视图,其是图1的电池为缠绕型电池时沿图1的A-A'线所取的剖视图。
图6是用于说明常规锂离子二次电池的电极层叠体的视图,其中图6A是平面图,并且图6B是沿图6A的B-B'线所取的剖视图,其以放大方式示出了电极层叠体。
具体实施方式
下面将参考附图以层叠型锂离子二次电池作为示例来描述本发明。
如图1A和1B中示出的,根据本发明的层叠型锂离子二次电池1具有电极层叠体400,其通过经由分隔体300层叠正电极100和负电极200而获得。从电极层叠体400沿同一方向引出的与多个正电极接头105接合的正电极引出接头115以及与多个负电极接头205接合的负电极引出接头215被引出。
正电极引出接头115和负电极引出接头215各自从膜状外壳的密封部分510被引出。此外,垫片部分520被设置在正电极引出接头115与膜状外壳500之间以及负电极引出接头215与膜状外壳500之间,以增强密封特性。
正电极引出接头115通过超声波接合在接合部分110中与正电极接头105接合。类似地,负电极引出接头通过超声波焊接在接合部分中与负电极接头接合。
待在本发明中使用的正电极可按如下方式制造:将通过将锂锰复合氧化物、锂钴复合氧化物或锂镍复合氧化物、比如碳黑等导电材料、和比如聚偏二氟乙烯等粘结剂分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中所获得的浆料正电极混合物间歇地涂布到正极集电体的两个表面上,接着进行干燥,使用滚压机压缩所得正极集电体以进行成形来获得正电极基材,并将获得的正电极基材切割成各自具有预定尺寸的块体。
负电极按如下方式制造:将通过将吸收和释放锂离子的碳材料、比如碳黑等导电材料、比如聚偏二氟乙烯等粘结剂分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中所获得的浆料负电极混合物间歇地涂布到由带状铜箔形成的负极集电体的两个表面上,接着进行干燥,使用滚压机压缩所得的负极集电体以进行成形,并将获得的负电极基材切割成各自具有预定尺寸的块体,与正电极的情况一样。
膜状外壳可以由层叠体形成,其包括:被用于铝箔的外表面侧的比如尼龙或聚对苯二甲酸乙二醇酯等具有强度和耐热性的材料;以及被用于铝箔的内表面侧的比如聚丙烯或聚乙烯等具有改善的热粘合特性的材料。
锂离子二次电池的外壳并不局限于如以上所描述的膜状外壳,也可以使用具有凹状部分的合成树脂成型体或金属容器等。
以下参考图2A-2C描述本发明的电极体。在图2A-2C、图3A、3B和图4A-4C中,正电极和负电极除了它们的构成材料外具有相同的构造,所以将主要描述正电极。
如图2A中示出的,电极层叠体400通过经由分隔体300层叠正电极100和负电极200、并通过粘结带410固定正电极100、负电极200和分隔体300以防止偏移而获得。
多个正电极接头105在接合部分110中与正电极引出接头115接合。此外,负电极引出接头215和负电极引出端子205在接合部分210中彼此接合。
图2B是沿图2A的A-A'线所取的剖视图。
在超声波接合设备的砧座上放置正电极引出接头115,在正电极引出接头115上放置多个正电极接头105,在正电极接头105的上表面上放置金属板120,并使超声波接合设备的砧角抵靠金属板120,由此一体地形成接合部分110。
接下来,如图2C中示出的,将金属板120朝正电极引出接头侧弯曲,由此完成接合部分110的形成过程。
在接合部分110中,在正电极引出接头上产生的表面异常部分140A被金属板120覆盖,使得能够提供具有不太容易由表面异常部分造成损伤从而具有优异特性的电极体的锂离子二次电池。
此外,尽管在接合部分110的金属板120的表面上形成表面异常部分14OB,但是正电极引出接头115由比起金属板120具有更大厚度和更高硬度的材料形成。由超声波焊接产生的作为表面异常部分形成的毛刺、突起或凹凸在形成于具有更高硬度的金属中的情况下,更容易损伤外壳。因此,尽管优选的是覆盖两个表面异常部分,但是也可以根据电池结构采用只覆盖在具有较高硬度的正电极引出接头115上形成的表面异常部分140A的构造。
下面将参考图3A和3B描述本发明的另一实施例的电极体。
与图2A-2C的电极层叠体的情况一样,图3A和3B的电极层叠体400通过经由分隔体300层叠正电极100和负电极200、并通过粘结带410固定正电极100、负电极200和分隔体300以防止偏移而获得。
多个正电极接头105在接合部分110中与正电极引出接头115接合,并且负电极引出接头215和负电极引出端子205在接合部分210中彼此接合。
如作为沿图3A的A-A'线所取的剖视图的图3B中示出的,金属板120被缠绕围绕接合部分一圈或更多并进一步延伸以便覆盖接合部分。也就是说,金属板120不仅覆盖在正电极引出接头115上产生的表面异常部分140A而且还覆盖在金属板120自身的表面上产生的表面异常部分14OB,使得能够提供具有更不太容易由表面异常部分造成损伤从而具有优异特性的电极体的锂离子二次电池。
覆盖相应的接合部分110和210的金属板可分别由与正电极引出接头和负电极引出接头相同的材料形成。具体地,正电极侧的金属板可由与正电极引出接头为相同材料的铝形成,而负电极侧的金属板可由与负电极引出接头为相同材料的镍、镀镍铜板或由镍覆盖的镍铜包覆体形成。
正电极侧接合部分110和负电极侧接合部分210各自由绝缘材料覆盖表面,因此在受到冲击时可进一步降低对电池构成部件的影响。
作为绝缘材料,可使用任何材料,只要它不对使用在锂离子二次电池中的电解液等产生负面影响即可。优选地,使用改性聚苯醚。
下面将参考图4A到4C描述本发明的再一实施例的电极体。
图4A-4C是剖视图,用于说明由图2A和3A的A-A'线示出的正电极侧接合部分的制造工艺。
如图4A中示出的,在超声波接合设备的砧座上放置正电极引出接头115,在正电极引出接头115上放置多个正电极接头105,在正电极接头105的上表面上放置金属板120,并使超声波接合设备的砧角抵靠金属板120,由此一体地形成接合部分110。
接下来,如图4B中示出的,沿与正电极引出接头侧相反的方向将金属板120折叠在自身上,以便覆盖在金属板120的接合时形成的表面异常部分140B。
此外,如图4C中示出的,沿着正电极侧接合部分110的表面弯曲金属板120,以便覆盖在正电极引出接头侧形成的表面异常部分140A。
因此,在正电极侧接合部分110中,不仅在接合时在正电极引出接头上产生的表面异常部分140A被覆盖,而且在金属板上产生的表面异常部分140B也被覆盖,使得能够提供具有不太容易引起损伤从而具有优异特性的电极体的锂离子二次电池。
覆盖相应的接合部分110和210的金属板可分别由与正电极引出接头和负电极引出接头相同的材料形成。具体地,正电极侧的金属板可由与正电极引出接头为相同材料的铝形成,而负电极侧的金属板可由与负电极引出接头为相同材料的镍、镀镍铜板或由镍覆盖的镍铜包覆体形成。
可以相同方式形成负电极侧接合部分。
尽管已经将正电极和负电极经由分隔体被重复地层叠的层叠型锂离子二次电池作为示例来描述了本发明,但是本发明也可应用于正电极、分隔体、负电极、分隔体以所述顺序层叠然后缠绕所得电极体的缠绕型锂离子二次电池。
图5是图1A和1B的电池为缠绕型电池时沿图1A的A-A'线所取的剖视图。在本示例的缠绕型电池中,正电极接头和负电极接头可以各自通过将导电性构件接合到集电体来形成,或者可以与集电体一体地形成。正电极接头105经由正电极侧接合部分110通过超声波接合与比其具有更高强度的正电极引出接头115接合;类似地,负电极接头经由负电极侧接合部分通过超声波接合与比其具有更高强度的负电极引出接头接合。然后,将所得正电极接头和负电极接头容纳在外壳中,接着进行密封。
正电极侧接合部分和负电极侧接合部分以相同于层叠型锂离子二次电池的方式形成,由此能够提供不太容易由表面异常部分引起损伤的电池。
在正电极侧,正电极接头、金属板和正电极引出接头均可由铝形成。在负电极侧,负电极接头可由镀镍铜板或镍板形成,而金属板可由镍板形成。
在本发明中,尽管优选的是以金属板覆盖正电极侧和负电极侧两侧的接合部分的表面异常部分,但是也可以只覆盖构成部件的硬度高并且比正电极侧更容易发生损伤的负电极侧的表面异常部分。
工业适用性
在本发明中,正电极和负电极的引出接头分别通过超声波接合与正和负电极引出接头接合的接合部分各自由被用作接合部分的保护构件的金属板覆盖。这防止了由于通过超声波接合在接合部分中形成的表面异常部分的存在而产生的短路和对构成部件的损伤,从而使得能够提供具有优异特性的锂离子二次电池。
附图标记的说明
1:层叠型锂离子二次电池
100:正电极
200:负电极
205:负电极接头
210:接合部分
300:分隔体
400:电极层叠体
105:正电极接头
110:接合部分
115:正电极引出接头
120:金属板
140、140A、140B:表面异常部分
205:负电极接头
215:负电极引出接头
500:膜状外壳
510:密封部分
520:垫片部分
410:粘结带

Claims (4)

1.一种锂离子二次电池,其特征在于,包括:
电极体,所述电极体包括正电极、负电极和分隔体,其中正电极和负电极经由分隔体被层叠或缠绕;
从所述电极体引出的多个正电极接头;
从所述电极体引出的多个负电极接头;
所述正电极接头与正电极引出接头之间的正电极侧接合部分;和
所述负电极接头与负电极引出接头之间的负电极侧接合部分,其中
金属板的一部分被设置在所述正电极侧接合部分的正电极接头或正电极引出接头的表面上以及所述负电极侧接合部分中的负电极接头或负电极引出接头的表面上,并与之一体地接合,并且
所述金属板的剩余部分围绕所述正电极侧接合部分和所述负电极侧接合部分缠绕,
所述金属板被折叠在自身上以便覆盖在所述金属板与所述正电极侧接合部分或所述负电极侧接合部分接合之处的部分处形成的表面异常部分,并且被进一步围绕所述正电极侧接合部分或所述负电极侧接合部分的外周缘缠绕至覆盖另一表面异常部分的部分,在所述金属板的折叠部分处,形成所述表面异常部分的表面与形成所述另一表面异常部分的表面相反。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池,其特征在于:
所述金属板从它与所述正电极侧接合部分或所述负电极侧接合部分接合之处的部分起缠绕一圈或更多。
3.根据权利要求1或2所述的锂离子二次电池,其特征在于:
所述正电极侧接合部分和所述负电极侧接合部分以及金属板各自被合成树脂层覆盖。
4.根据权利要求3所述的锂离子二次电池,其特征在于:
所述合成树脂层是改性聚苯醚层。
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