CN1638181A - 孔型锂二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种孔型锂二次电池。按照本发明的孔型锂二次电池包含有包括阳极、隔板和阴极的电极装置，以及孔，具有用于容纳所述电极装置的槽并且其上部与下部在所述槽的周围彼此熔合以形成凸缘状边缘。该边缘在其端部至少部分被绝缘材料覆盖。因此，可以防止孔的金属箔和电池阴极之间的短路，还可以防止由电池腐蚀。

Description

孔型锂二次电池
本申请要求享有2003年12月26日在韩国递交的韩国专利申请2003-97353的权益，在此引用其全部作为参考。
技术领域
本发明涉及一种锂二次电池，尤其涉及一种在孔中包含有包括阳极、阴极和隔板的电极结构的孔型锂二次电池。
背景技术
通常，由于锂和水分的相互反应，锂二次电池使用非水电解质。这种非水电解质可以是包含锂盐的固体聚合物或者是锂盐离解到有机溶剂中的液相。锂二次电池可分为锂金属电池、使用液体电解质的锂离子电池或者使用固体聚合物电解质的锂离子聚合物电池。
在纯固体型锂离子聚合物电池中没有有机电解质泄漏的问题，凝胶型锂离子聚合物电池也能以比使用液体电解质的锂离子电池更简单的方式防止电解质的泄漏问题。例如，锂离子聚合物电池可使用代替金属壳的孔作为电极装置的容器。
所述孔一般由包括金属箔层和覆盖金属箔层的塑料层的多层膜组成。与使用金属壳相比，使用这种孔能大大减轻电池的重量。通常，使用铝作为构成多层膜的孔中箔的金属。形成孔膜内层的聚合物层保护金属箔不接触电解质，同时防止阳极、阴极和电极接头之间的短路。
为了制造孔型锂二次电池，将通过层压或层压然后卷饶阳极、隔板和阴极形成的电极装置放入到处于临时密封状态的孔中。随后，将上孔膜和下孔膜在孔的开口边缘部分彼此热熔合以形成密封的孔型裸单元电池。
将如保护电路模块(PCM)或正温度系数(PTC)的附件或结构(图中未示出)附着到裸单元电池上以形成芯包装电池(core pack battery)。通过将该芯包装电池结合到硬壳内，就生产出完整的硬包装电池(hard pack battery)。硬壳可通过使用聚丙烯树脂等形成，不用单独在其内侧上提供电路和电导体部分，但硬壳内部可取决于使用电池的装置而装有单独辅助电路或其它电导体部分。在某些情况下，可以将芯包装电池直接连接到产品上而没有单独的硬壳。
参照图1和图2，在孔密封处熔合的凸缘形侧边缘23处于向前折叠的状态，即在具有近似矩形形状的芯包装电池100的左右两侧上槽54的形成方向上。折叠侧边缘23是通过尽可能减少侧边缘23的宽度以降低电池的尺寸，以便去除通过熔合边缘以密封所述孔而形成的裸单元电池中的无用空间。
保护电路模块和其它结构在从芯包装电池100前方看时形成矩形的四个边的上边附近连接到电池上，电极接头37和38从这里引出。另外，如图2所示，电极接头37和38弯曲一次或两次。由于电极接头弯曲、引出电极接头的上侧边缘23′在密封的孔中，保护电路模块51位于由在引出电极接头的侧上形成槽54的一个壁表面56以及向槽折叠的孔的左右两侧限定的空闲空间内，从而可减小整个电池的长度。
即使孔的两个侧边缘23都处于折叠状态，构成孔膜中间层的金属箔也会在边缘23的端部暴露到外边。由于当形成芯包装电池100时，保护电路模块51的电导体部分在空间位置上靠近孔的折叠边缘23，所以很可能与边缘23电连接。如果保护电路模块51的电导体部分以任意方式连接到电池的阴极上，则会增加阴极铜和铝箔之间短路的可能性。
另外，当芯包装电池直接嵌入到硬壳或使用电池的产品的电池箱中时，可能会通过硬壳或电池箱中的电路部分或其它电导体发生孔膜的金属箔和电池阴极之间的短路。另外，可通过贯穿孔膜的金属箔、保护电路模块的电导体、硬壳或电池箱的电导体和电池阴极的路径建立电连接。
一旦构成孔膜的金属箔的铝在任何上述情况下连接到阴极的铜集电极上，铝箔可能就会受到腐蚀。尤其是在孔中阴极接头附近存在泄漏的电解质组分或水分的环境下会加速金属箔的腐蚀。
如果用作水分或氧屏障的金属箔继续腐蚀，则孔膜的聚合物层可以有效地阻止水分和氧的进入。这种孔阻塞能力的降低可导致电池的异常。也就是说，如果凝胶型电解质隔板的有机电解质蒸发或外部水分或氧侵入到电池中，则会发生如溶胀等异常现象，这导致电池废弃、变质和寿命缩短。
为了克服这一问题，已提出了在芯包装电池的左右两侧通过将侧边折叠两次以形成凸缘形状的方法。首先，孔的两侧边缘23都折叠到一半以形成重叠的边缘部分23，如图3所示。结果，边缘的宽度减少一半，边缘的端部231与构成槽54的部分侧壁表面541接触。随后，再向槽54折叠重叠的边缘部分，从而端部231被***到边缘23和构成槽54的侧壁表面541之间而对外部不可见。
但是，与弯曲的电极接头37、38连接的保护电路模块(未示出)位于未被孔的槽54占据的空闲空间区域内。因此，即使边缘23折叠两次，边缘的端部231仍未被槽54的侧壁表面541遮蔽。换句话说，边缘的端部231在该空间内仍然是暴露的，因而它们非常可能与位于该空间或其它地方的保护电路模块等连接。
发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种能防止构成多层孔膜中至少一层的金属箔暴露的边缘端部通过保护电路模块、硬壳内的电导体等与形成电极的其它金属电连接的孔型锂二次电池。即，本发明旨在提供一种孔型锂二次电池，其能防止金属箔受到由金属箔和其它金属之间的短路引起的腐蚀。
按照本发明的一方面，本发明提供了一种孔型锂二次电池，该电池包含有包括阳极、隔板和阴极的电极装置；以及孔，具有用于容纳电极装置的槽并且其上部与下部在槽周围彼此熔合形成凸缘状边缘，其中该边缘在其端部至少部分被绝缘材料覆盖。
按照本发明的另一方面，所述绝缘材料覆盖孔中除了引出电极接头部分的边缘的全部端部，并且可用胶带等形成。
按照本发明的再一方面，在从槽的厚度方向观察时，所述孔通常具有近似矩形的形状，并且该孔两侧的边缘在槽形成方向上都折叠。此时，如果构成绝缘材料的胶带以边缘的端部作为起点，部分宽度附着到边缘，而剩余宽度附着到槽侧壁的表面或基面上，边缘的端部被胶带覆盖并且同时折叠的边缘与孔的槽紧密接触。
按照本发明的再一方面，当矩形孔的两侧的边缘折叠两次时，也就是首先折叠到具有原始宽度的一半，然后再朝着槽折叠时，绝缘材料只要附着到安装保护电路模块的侧与孔的两个侧面会合的部分的边缘的端部，就可防止保护电路模块的电导体部分和孔的金属箔之间的短路。通常，安装保护电路模块的侧与引出电极接头的侧相同。
附图说明
图1表示当从形成有容纳电极装置的槽的表面方向看时形成近似矩形的芯包装电池的一个例子的正视图；
图2表示图1所示例子的透视图，只示出了连接保护电路组件的单独部分；
图3表示在孔的左右两侧折叠凸缘状边缘两次的方法示意图；
图4表示按照本发明一实施方式在形成锂二次电池过程中保护电路模块连接到裸单元电池状态的透视示意图；
图5表示按照本发明另一实施方式的芯包装电池的示意性正视图；
图6表示按照本发明又一实施方式的芯包装电池的示意性透视图；
图7表示按照本发明再一实施方式的锂二次电池的正视图；以及
图8表示按照本发明形成的硬包装电池沿垂直于形成边缘的孔的左右两侧的平面提取的示意性截面图。
具体实施方式
参照示出了本发明实施例的图4，通常形成为一整体的矩形孔膜在相对于一侧的纵向上的中部折叠并粘结以形成孔的上部和下部。通过压制加工等，在下部形成可容纳电极装置的槽。本文中，孔膜具有通常由铝制成的金属箔和涂敷在金属箔的上、下表面的聚合物膜如聚丙烯树脂膜等组成的多层结构。
通常，通过层压阳极、隔板和阴极产生多层膜并卷绕该多层膜成卷的形式以形成果冻卷形状的电极装置。在果冻卷形成过程中隔板与果冻卷的外或内电极表面连接以便防止阳极和阴极之间的短路。
本文中，通过在由具有良好电导率的金属片如铝箔制成的阳极集电极的两个表面上涂敷主要成分为锂基氧化物的阳极涂敷部分的方法形成阳极。在阳极中，阳极接头电连接到未用阳极涂敷部分形成的阳极集电极区域。
通过用包含碳材料作为主要成分的阴极涂敷部分涂敷由导电金属片如铜箔制成的阴极集电极形成阴极。可以用这样的方式进行涂敷，即混合电导体、粘合剂和其它组分以产生糊状活性材料，并用该糊状活性材料薄薄地覆盖阴极集电极。在阴极中，阴极接头也电连接到未用阴极涂敷部分形成的阴极集电极区域。
在具有卷绕成果冻卷形状的电极装置中，阳极接头和阴极接头并排设置，在垂直于果冻卷卷绕方向的方向上从果冻卷中突出，并通过密封的孔的一侧从孔中引出。
通常，电极接头采取主要由铝、铜或镍制成的金属接头的形式。这些电极接头必须具有足以使电流通过其流动而没有显著压降的厚度和尺寸。
为了在孔的密封过程中加强构成电极接头的金属和孔的内表面上的聚合物膜之间的粘结，可在聚合物膜表面包含特殊的组分，或在孔密封之前将包含特殊组分的单独的胶带(未示出)预先附着到粘附电极接头的孔部分上。此时，该胶带还用于防止电极和电极接头之间的短路。
通常，在密封过程中还***在部分密封表面未密封时注入电解质的过程、注入电解质后临时密封密封表面的过程和去除在随后过程中产生的气体的过程。
在另一实施方式中，可设置阳极、阴极和电极接头而具有不同的极性。
通过使电极装置处于的下部槽周围的边缘与孔膜的上部的相应边缘紧密接触，然后加热并挤压边缘的紧密接触部分，边缘的内部聚合物膜彼此熔合以实现孔的密封并由此形成裸单元电池。此时，当孔的上部和下部处于熔合状态时，边缘23、23’在环绕槽54的四侧中的至少三侧呈凸缘形状。
在不知槽54厚度时，在具有近似矩形形状的孔中，绝缘胶带201沿与引出电极接头37和38的侧连接的两个侧面附着到边缘23的端部上，从而端部的金属箔不会暴露。然后沿槽的形成方向折叠两个侧边的边缘23。最后，按常规方式将如保护电路模块51、正温度系数(PTC)等结构附着到裸单元电池的阳极接头37和阴极接头38上，形成芯包装电池100。
本文中，保护电路模块51的电导体部分在空间上仍然位置靠近孔的两个侧边的折叠边缘23。但是，由于边缘23的端部处的金属箔被绝缘胶带201遮蔽，因而不用担心金属箔与保护电路模块51的电导体部分的电连接。当芯包装电池100以后结合到其内部具有如单独辅助电路等电导体部分的硬壳内时，绝缘胶带201还能防止金属箔在孔的折叠边缘23的端部处与电导体部分电连接。因此，不用担心金属箔和电池阴极之间通过硬壳内的电导体部分短路。
参照示出了本发明另一实施例的图5，直到边缘折叠过程时才进行胶带的附着处理。另外，从金属箔暴露的边缘23的端部开始，胶带203的一半宽度附着到边缘上，另一半宽度附着到构成槽54的侧壁表面或基面上。因此，胶带203防止了暴露的金属箔与其它电导体部分电连接，同时使折叠边缘23与槽紧密接触，因而使外观整洁完美。这可以克服由折叠边缘引起的后续过程不方便的问题，例如将芯包装电池100***到硬壳中的过程。
参照示出了本发明在再一实施例的图6，孔的两个侧面的边缘23折叠两次。因此，在沿着孔的两个侧面形成有槽54的部分A，边缘的端部231的金属箔不会暴露。但是，在孔的顶角部分B，即，在芯包装电池100中限定放置保护电路模块51的空间的部分，用绝缘胶带205覆盖边缘23的端部231。因此，即使保护电路模块51的电导体部分位置靠近边缘的端部231，也不用担心孔的金属箔和保护电路模块的电导体部分之间的短路。在这种实施方式中，由于端部231在大部分边缘上没有暴露，并且绝缘胶带205只附着到金属箔暴露的两个顶角上，因此胶带的附着处理比其它实施方式要简单。
参照示出了本发明又一实施例的图7，两个芯包装200彼此结合以形成一块电池。每一芯包装200的左右边缘都折叠两次。与图6中用一个芯包装形成电池的上述实施方案类似，在该实施方式中，绝缘胶带207附着到每一芯包装200的两个顶角上。因此，胶带防止了在角处暴露的金属箔与靠近其的保护电路模块51的电导体部分的电连接。参考数字“216”表示伸出两个芯包装的电导线。
参照示出了本发明再一实施例的图8，在与形成有槽的芯包装电池100的下部相对的硬壳60的内表面上还提供有辅助电路63。辅助电路63是否存在以及如何构造辅助电路由使用电池的电/电子器件的特性决定。硬壳60的大部分内部空间填满包括电极装置的芯包装电池100。用双面胶带65将芯包装电池100的上表面粘附到硬壳60的内表面上，以使芯包装电池100安全地固定到硬壳上。
在本发明的一种实施方式中，在槽形成方向上折叠的孔的两边缘23的端部在空间位置上靠近硬壳60内表面上的辅助电路63的电导体部分。但是，边缘的端部已用绝缘胶带209覆盖。因此，即使在边缘的端部与硬壳60内表面上的电导体部分接触时也可以防止孔的金属箔和电导体部分的电连接，并且即使电池的阴极连接到电导体部分时，也可以防止金属箔和电池阴极之间的短路。
根据本发明，如上所述，绝缘胶带附着到孔的边缘端部暴露的位置以使端部与构成电池的其它部件不直接接触，从而防止了孔的金属箔和电池阴极之间的短路。本发明还解决了由于金属箔与阴极电连接而使金属箔腐蚀从而不能用作水分或氧的屏障的问题。

Claims (6)

1、一种孔型锂二次电池，包括：
包括阳极、隔板和阴极的电极装置；以及
孔，具有用于容纳所述电极装置的槽并且其上部与下部在该槽周围彼此熔合以形成凸缘状边缘，
其中，所述边缘在其端部至少部分被绝缘材料覆盖。
2、按照权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述绝缘材料覆盖除了引出电极接头的部分的所述孔的边缘的全部端部。
3、按照权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述绝缘材料由胶带形成。
4、按照权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述孔在从所述槽的厚度方向观察时具有近似矩形的形状，所述孔两侧的边缘在所述槽的形成方向上折叠一次，并且构成绝缘材料的粘性胶带以所述边缘的端部作为起点，其部分宽度附着到所述边缘，并且剩余宽度附着到形成所述槽的表面。
5、按照权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述孔在从所述槽的厚度方向观察时具有近似矩形的形状，所述孔两侧的边缘首先折叠为具有原始宽度一半的形状，然后再朝向所述槽折叠，并且所述绝缘材料只在安装保护电路模块的侧面与所述孔的两侧面会合的角部处附着到所述边缘的端部上。
6、按照权利要求1所述的锂二次电池，其特征在于，所述孔在从所述槽的厚度方向观察时具有近似矩形的形状，并用所述绝缘材料覆盖两平行侧面的边缘的全部端部。
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