專利名稱:電極包及應用該電極包的二次電池的制作方法
技術領域:
本發明涉及一種二次電池,更明確地說,涉及一種用于二次電池的電極包(electrode package)的集流板(collector plate)和電極的組裝結構。
背景技術:
與原電池不同,二次電池可再充電。可將普通類型的二次電池制成電池組并用作各種便攜式電子設備如蜂窩電話、膝上型計算機和攝像放像機的電源。
近來,使用二次電池的高能量電池已被研發用來作為混合式電動機車(hybrid electric vehicle,HEV)電機的電源。
二次電池按照外形可分為不同類型,例如,方形和圓柱形電池。方形二次電池的結構具有將帶狀正極和負極與插入其間的隔離件疊置并卷繞成方形電極組件(凝膠物卷,jellyroll),或將多個正極、負極和插入其間的隔離件疊置成電極組件,然后將電極組件裝入方形殼體內。
在卷繞正極和負極的電極組件中,分別在正極和負極上固定有導線以匯集正極和負極產生的電流。導線和外部端子相連,用來將正極和負極產生的電流導引到外部端子。
當具有這種結構的電池用于低電池容量的小電池上時可獲得足夠的集電效率(collecting efficiency)。然而,當這種電池用作驅動像需要大功率和高能量的HEV之類的裝置的電機時,用上述導線的匯集方法將使集電效率降低并且也難于均一地匯集由電極組件的每一部分產生的電流。這是因為正極和負極的面積隨電池尺寸的增加而增加,因而電阻也增加。
在克服這些困難的努力中,已提出的二次電池包括在日本專利申請公開說明書6-267528號中披露的電池,在這種電池中,在帶狀正極和負極的集流件(collector)的一端形成未用活性物質涂覆的導線連接部分,這些導線連接部分被設置為當正極、負極和隔離件卷繞形成電極組件時突出于隔離件,并且多根正極導線和負極導線分別被固定于所述導線連接部分上。
在所述二次電池中,可將多根導線固定在導線連接部分上,在電池的內阻減小的同時可匯集來自正極和負極的電流,因此可提高集電效率(collecting efficiency)。
然而,由于所述二次電池需要將多根導線固定到正極和負極的導線連接部分,因此存在制備效率低的問題。而且,沒有活性物質且不能充分參與電池反應的部分的尺寸、即電池內部的導線連接部分和多根導線的部分的尺寸將增加,這給制備大尺寸高能量電池帶來困難。
同時,具有由堆疊多個正極、負極和插入這兩電極之間的隔離件形成的電極組件的電池具有多根分別固定在正極和負極上的導線。被固定在正極上的那些導線連接在一起并和外部端子相連,被固定在負極上的導線連接在一起并和外部端子相連。但由于具有這種結構的二次電池還需要將多根導線固定到正極和負極上,故而存在制備步驟的數量增加的問題,因而制備效率低。
發明內容
本發明要解決的技術問題是,提供一種電極包和一種能提高集電效率從而能提高功率特性、并能均一地輸出電極組件每部分產生的電流的二次電池。
此外,本發明要解決的技術問題是,提供一種電極包及一種通過將沒有活性物質和沒有充分參與電池反應的部分減到最小而具有大尺寸和高能量的二次電池。
根據本發明的一方面,用于二次電池的電極包包括電極組件、正極集流板(positive collector plate)和負極集流板(negative collector plate)。電極組件包括正極、負極和插入此兩電極之間的隔離件,每一正極和負極沿著它們的邊緣具有未涂覆區,正極集流板覆蓋正極未涂覆區的前端以使其與正極未涂覆區電連接,正極集流板具有設置在電極組件外側的部分,負極集流板覆蓋負極未涂覆區的前端以使其與負極未涂覆區電連接,負極集流板具有設置在電極組件外側的部分。
正極未涂覆區和負極未涂覆區彼此相向設置,形成許多疊層,正極集流板和負極集流板緊密接觸且分別固定于正極未涂覆區前端的整個表面上和負極未涂覆區前端的整個表面上。
正極未涂覆區和負極未涂覆區彼此相向設置,形成許多疊層,正極集流板和負極集流板緊密接觸并分別被固定于正極未涂覆區的前端和負極未涂覆區的前端,暴露出每一前端的部分。
電極包滿足下列公式a≤b其中“a”為設置于隔離件外側的正極未涂覆區和負極未涂覆區的長度,“b”為正極集流板和負極集流板的最大寬度。
通過焊接將正極集流板和負極集流板分別固定于正極未涂覆區和負極未涂覆區,所述焊接可以采用激光焊接。
設置正極未涂覆區和負極未涂覆區以形成多個疊層,并且這些未涂覆區相對于設置于它們中心的未涂覆區可對稱地彎曲。
根據本發明的另一方面,所提供的二次電池包括電極包、殼體和蓋組件。電極包包括電極組件、正極集流板和負極集流板,電極組件包括正極、負極和插入此兩電極之間的隔離件,每一正極和負極沿著它們的邊緣具有未涂覆區;正極集流板覆蓋正極未涂覆區的前端從而與正極未涂覆區電連接,正極集流板具有設置在電極組件外側的部分,負極集流板覆蓋負極未涂覆區的前端從而與負極未涂覆區電連接,負極集流板具有設置在電極組件外側的部分。殼體具有容納電極包的空間,蓋組件固定于殼體的開口處用來密封殼體,蓋組件包括分別與正極集流板和負極集流板連接的電極端子,其中,將電極組件安裝在所述空間內使組件的寬度方向和殼體的高度方向之間具有預定角度。
電極組件的寬度方向和殼體的高度方向相互垂直設置,正極集流板和負極集流板沿殼體的高度方向設置。
本二次電池可以呈方形。
本二次電池可用于電機驅動設備。
本發明的這些和/或其他方面和優點通過下面結合附圖對實施方式的描述將變得明顯和更易于理解。
圖1為本發明一實施方式的二次電池的截面圖;圖2為本發明第一實施方式的電極包的透視圖;
圖3為本發明第一實施方式的電極包的平面圖;圖4為本發明第一實施方式的電極包的側視圖;圖5示出了本發明第一實施方式的電極包中未涂覆區與集流板組合的結構;圖6為本發明一實施方式的電極組件透視圖;圖7示出了本發明第一實施方式的電極包中改型的未涂覆區與集流板組合的結構;圖8示出了本發明第一實施方式的改型方式的集流板;圖9示出了本發明第二實施方式的集流板;圖10示出了本發明第二實施方式的改型方式的集流板。
具體實施例方式
現在將結合附圖中示出的例子詳細論述本發明的實施方式。下面參考附圖對這些實施方式的描述用于解釋本發明。
圖1為本發明一實施方式的二次電池橫截面圖。
如圖1所示,該二次電池包括電極包14;殼體16,其具有形成在殼體的一側上以在殼體內容納電極包14的開口16a;蓋組件22,其具有正極端子18和負極端子20,該組件被安裝在開口部16a處以密封殼體16。電極包14具有通過堆疊和卷繞帶狀的正極板11、負極板12和隔離件13形成的電極組件8以及安裝在組件兩端的正極集流板10和負極集流板12。
殼體16由導電金屬例如鋁、鋁合金、和鍍鎳的鋼制成,它的形狀可以是具有容納電極包14的內部空間的六面體等。圖1示出了將方形電極組件裝配于六面體形殼體的內部的情況。
蓋組件22具有通過焊接固定于開口部16a用來密封殼體16的基板24、以及通過基板24固定并分別與電極包16的正極集流板10和負極集流板12電連接的正極端子18和負極端子20。當這兩個端子18和20形成在基板24上時,可將絕緣件26設置在形成端子18和20的每一區域中。安全閥28可以作為安全器件形成在基板24的中心,若電池內壓增加,該閥將碎裂以排出氣體。
電極組件8的寬度方向D1與電極包從開口16a朝該空間的插入方向D2、即殼體16的高度方向不一致,以在它們之間形成預定角度。優選將電極組件8以其寬度方向D1與插入方向D2相垂直地設置于殼體16內部。
因此,正極集流板10和負極集流板12被設置成與插入方向D2平行,它們朝向正極端子18和負極端子20的一端分別被固定在正極端子18和負極端子20上,以和所述端子電連接。
正極集流板10和負極集流板12的與正極端子18和負極端子20相連的那部分具有當正極集流板10和負極集流板12固定在電極組件8上時設置在電極組件8外側的延伸的導線部分10a和12a。
下面將對所述二次電池中的電極包14的結構進行詳細描述。
圖2和圖3是圖1所示的電極包的透視圖和平面圖,圖4是圖2電極包的左側視圖,圖5是圖2所示的電極包的局部截面圖,圖6是說明本發明電極組件的分解透視圖。
參照這些附圖,電極包14具有通過堆疊帶狀的正極2、隔離件4和負極6、沿長度方向(圖6中的D3方向)對它們進行卷繞并進行壓制而形成的凝膠物卷結構的電極組件8。
當形成電極組件8時,正極2和負極6的未涂覆區2a和6a彼此相向。未涂覆區2a和6a是正極2的集流件2b的部分和負極6的集流件6b的部分,將正極活性物質2c和負極活性物質分別涂覆于集流件2b和6b上時,所述未涂覆區沿與集流件2b和6b的長度方向D3平行的一端的邊緣未用活性物質涂覆。當形成電極組件8時,這些未涂覆區2a和6a突出到設置在正極2和負極6之間的隔離件4之外。
隔離件4的長度長于正極2和負極6的長度,以防止正極2和負極6之間短路。因此,將隔離件設置于電極2和負極6之間時,隔離件4優選具有在兩端不與正極2和負極6重疊的空置部分(spare portion)4a。
正極集流板10和負極集流板12分別覆蓋正極未涂覆區2a的前端和負極未涂覆區6a的前端,以與電極組件8電連接。
當集流板10和12與未涂覆區2a和6a接觸時,未涂覆區2a和6a可以如圖5所示無彎曲地呈平坦狀,或者如圖7所示,可以沿一方向規則地彎曲。在未涂覆區2a和6a是彎曲的情況下,與未涂覆區2a和6a相接觸的集流板10和12可增加與未涂覆區2a和6a接觸的接觸面積以提高集電效率。圖7示出了未涂覆區2a和6a朝處于電極組件中心的未涂覆區彎曲的情況。
本發明的正極集流板10和負極集流板12具有完全覆蓋相應的未涂覆區2a和6a的覆蓋部分10b和12b、以及從覆蓋部分10b和12b延伸的與端子18和20相連的導線部分10a和12a。當然,所述結構僅作為本發明的一種實施方式,本發明并不限于所述結構。
如圖4所示,導線部分10a和12a可以和覆蓋部分10b和12b形成為一整體。或者,如圖8所示,導線部分10a和12a也可以與覆蓋部分10b和12b分開形成,然后再將導線固定在它們上面。
可通過激光焊接將本實施方式的集流板10和12固定于相應的未涂覆區12a和6a上,因此,激光焊接的焊接部分40形成于每一集流板10和12上。如圖8所示,焊接部分40可以為橫過覆蓋部分10b和12b的線形。
集流板10和12的厚度(t)為0.2至0.3mm,并且正極集流板由鋁制成,負極集流板由銅制成。
在具有所述結構的本發明的二次電池中,在電極包14中匯集由正極2和負極6產生的電流的正極集流板10和負極集流板12分別被固定于正極未涂覆區2a的前端和負極未涂覆區6a的前端。這樣一來,即使集流板10和12暴露于隔離件4外面的正極未涂覆區2a和負極未涂覆區6a的長度不加長(達到在未涂覆區上固定分開的導線所必需的長度),也可以在不降低電流的集電效率的情況下能方便地固定所述集流板。
與傳統的電池相比,在本發明的二次電池中,將電極包14裝配在殼體16中時,沒有活性物質和未充分參與電池反應的部分的尺寸、即殼體16內用于正極和負極未涂覆區2a和6a以及正極和負極集流板10和12的部分的尺寸可減小。
因此,與具有相同尺寸的傳統電極包相比,本發明的二次電池可以增加分布在正極和負極集流體2b和6b上的活性物質的涂覆部分,這對制備大尺寸和高能量的二次電池是有利的。
反之,與傳統的電池相比,在涂覆于集流件上的活性物質區域具有相同的面積并且未涂覆區減小的情況下,由于上面所提到的集流板的固定結構對電流匯集不發生影響。因此,電池尺寸的減少可以與未涂覆區縮小的尺寸相同,從而可向消費者提供每單位容量尺寸更小的電池。
此外,在本發明的二次電池中,正極和負極集流板10和12覆蓋相應的未涂覆區2a和6a的前端,以與它們連接,因此,可增加接觸面積,接觸面積上的內阻可以減到最小。
于是,本發明的二次電池可以均一地匯集來自集流件每一部分的電流,進而可提高集電效率。
此外,本發明的二次電池可直接將正極和負極集流板的某些部分(上面提到的導線部分)連接到正極端子18和負極端子20上,這可以簡化電極包與正、負極端子的電連接結構。
下面描述本發明的另一實施方式。
圖9為本發明第二實施方式的從正極看電極包的側面圖。
參照圖9,第二實施方式的正極集流板30包括多個彼此隔開的第一集流板30a和固定到第一集流板30a上并與之電連接的第二集流板30b。
通過激光焊接將正極集流板30牢固地連接并固定到正極未涂覆區2a的前端。
第二集流板30b的一端設置于電極組件8的外側,以形成與二次電池的端子連接的導線部分30c。將第二集流板30b設置成平行于圖1所示的電極包14的插入方向D2,以與第一集流板30a組裝在一起。
與第一實施方式不同,第二實施方式的正極集流板30沒有完全覆蓋電極未涂覆區的前端,而在暴露前端的至少某一部分的同時與未涂覆區連接。這種結構的優點在于,在電極包裝配于殼體內部且將電解液注入到殼體內時,電解液易于通過暴露部分注入電極組件8中。
在第二實施方式中,負極集流板可以通過與正極集流板相同的方式形成,在此不再贅述。
圖10為本發明第二實施方式的改型方式的電極包的側視圖,該圖與圖9相似,也是從正極看的電極包的側視圖。
此改型方式的正極集流板32的總體形狀與第二實施方式的正極集流板相同,但是第一集流板32a和第二集流板32b是不分離的整體。
這種正極集流板32不僅具有第二實施方式中易于注入電解液的優點,還能提高將正極集流板32固定到正極未涂覆區2a上的制備效率。
在此改型方式中,負極集流板也可按與正極集流板相同的方式形成,在此不再贅述。
以下將描述使二次電池具有上面提到的集流板10、12、30和32以利于固定正極和負極集流板及增加電極組件8的活性物質的量的電極包14的外形條件。
集流板10、12、30和32具有寬度方向x和長度方向y的矩形。可規定電極包滿足下列公式a≤b其中“a”為暴露于隔離件4外側的正極和負極未涂覆區2a和6a的長度(參見圖2),“b”為集流板10、12、30和32的最大寬度(參見圖4、圖8、圖9、和圖10)。
對于“a”長于“b”的電極包14,暴露于隔離件4外側的正極和負極未涂覆區2a和6a的長度太長,或者集流板10、12、30和32的最大寬度太短。這將難于增加電極組件8的活性物質的量,而且由于減小了集流板10、12、30和32與正極和負極未涂覆區2a和6a之間的接觸面積,難于獲得高的集電效率。
優選“a”為1至8mm。如果“a”小于1mm,當通過焊接將集流板10、12、30和32固定到電極組件8上時,將降低制備效率;如果它大于8mm,電極組件8的活性物質的涂覆面積減小,使得單位體積的能量密度降低。
本發明的二次電池可用作電機驅動設備的電源,例如用作混合電動機車、電動機車、無線真空吸塵器、電動自行車、或小型摩托車的電源。
本發明的二次電池可使內阻減到最小,可提高正極和負極的集電效率,并能均一地導出電極組件每一部分的電流。因此,它有利于制備高能量的電池。
盡管已示出并描述了本發明的幾種實施方式,本領域技術人員可以理解,在不超出本發明的原理和構思的前提下,可對所述實施方式作出種種修改,本發明的保護范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種用于二次電池的電極包,包括電極組件,其包括正極、負極、以及被插入所述兩電極之間的隔離件,每一所述正極和負極具有沿它們的邊緣的未涂覆區;正極集流板,其覆蓋所述正極未涂覆區的前端以與所述正極未涂覆區電連接,該正極集流板具有設置于所述電極組件外側的部分;負極集流板,其覆蓋所述負極未涂覆區的前端以與所述負極未涂覆區電連接,該負極集流板具有設置于所述電極組件外側的部分。
2.根據權利要求1所述的用于二次電池的電極包,其中,所述正極未涂覆區與所述負極未涂覆區彼此相向設置,形成多個疊層,所述正極集流板和所述負極集流板緊密接觸且分別被固定于所述正極未涂覆區前端的整個表面和所述負極未涂覆區前端的整個表面上。
3.根據權利要求1所述的用于二次電池的電極包,其中,所述正極未涂覆區與所述負極未涂覆區彼此相向設置,形成多個疊層,所述正極集流板和所述負極集流板緊密接觸且分別固定于所述正極未涂覆區的所述前端和所述負極未涂覆區的所述前端,暴露每一所述前端的一部分。
4.根據權利要求1所述的用于二次電池的電極包,其中,所述電極包滿足下列公式a≤b其中“a”為設置于所述隔離件外側的所述正極未涂覆區和所述負極未涂覆區的長度,“b”為所述正極集流板和所述負極集流板的最大寬度。
5.根據權利要求1所述的用于二次電池的電極包,其中,設置于所述隔離件外側的所述正極未涂覆區和負極未涂覆區的長度為1至8mm。
6.根據權利要求1所述的用于二次電池的電極包,其中,所述正極集流板和負極集流板通過焊接分別被固定于所述正極未涂覆區和所述負極未涂覆區。
7.根據權利要求6所述的用于二次電池的電極包,其中,所述焊接為激光焊接。
8.根據權利要求1所述的用于二次電池的電極包,其中,所述正極集流板和所述負極集流板的厚度為0.2至0.3mm。
9.根據權利要求1所述的用于二次電池的電極包,其中,設置所述正極未涂覆區和負極未涂覆區以形成多個疊層,所述未涂覆區相對于設置于它們中心的未涂覆區對稱地彎曲。
10.一種二次電池,包括電極包,其包括電極組件、正極集流板和負極集流板,所述電池組件包括正極、負極、以及插入所述兩電極之間的隔離件,每一所述正極和負極具有沿它們的邊緣的未涂覆區;所述正極集流板覆蓋所述正極未涂覆區的前端以與所述正極未涂覆區電連接,該正極集流板具有設置于所述電極組件外側的部分;所述負極集流板覆蓋所述負極未涂覆區的前端以與所述負極未涂覆區電連接,該負極集流板具有設置于所述電極組件外側的部分;殼體,其具有容納所述電極包的空間;蓋組件,其固定于所述殼體的開口處以密封所述殼體,所述蓋組件包括分別與所述正極集流板和所述負極集流板電連接的電極端子;其中,所述電極組件在所述空間內被安裝成使該組件的寬度方向和所述殼體的高度方向之間呈預定角度。
11.根據權利要求10所述的二次電池,其中,所述電極組件的寬度方向被安排成和所述殼體的高度方向垂直,所述正極集流板和所述負極集流板沿所述殼體的高度方向設置。
12.根據權利要求10所述的二次電池,其中,所述正極未涂覆區和所述負極未涂覆區彼此相向設置,形成多個疊層,所述正極集流板和所述負極集流板緊密接觸且分別被固定于所述正極未涂覆區前端的整個表面和所述負極未涂覆區前端的整個表面。
13.根據權利要求10所述的二次電池,其中,所述正極未涂覆區和所述負極未涂覆區彼此相向設置,形成多個疊層,所述正極集流板和所述負極集流板緊密接觸且分別被固定于所述正極未涂覆區的前端和所述負極未涂覆區的前端,暴露每一所述前端的一部分。
14.根據權利要求10所述的二次電池,其中,所述電極包滿足下列公式a≤b其中“a”為設置于所述隔離件外側的所述正極未涂覆區和所述負極未涂覆區的長度,“b”為所述正極集流板和所述負極集流板的最大寬度。
15.根據權利要求10所述的二次電池,其中,所述正極集流板和負極集流板通過焊接分別被固定于所述正極未涂覆區和所述負極未涂覆區。
16.根據權利要求15所述的二次電池,其中,所述焊接為激光焊接。
17.根據權利要求10所述的二次電池,其中,所述二次電池為方形。
18.根據權利要求10所述的二次電池,其中,所述二次電池用于電機驅動設備。
全文摘要
本發明公開了一種用于二次電池的電極包,其包括電極組件、正極集流板和負極集流板。電極組件包括正極、負極、和插入所述兩電極之間的隔離件,每一正極和負極具有沿它們的邊緣的未涂覆區;正極集流板覆蓋正極未涂覆區的前端以與正極未涂覆區電連接,正極集流板具有設置于電極組件外側的部分;負極集流板覆蓋負極未涂覆區的前端以與負極未涂覆區電連接,負極集流板具有設置于電極組件外側的部分。本發明還公開了采用這種電極包的二次電池,這種二次電池可以使內阻減到最小,可提高正極和負極的集電效率,并能均一地導出電極組件每一部分的電流,因此,適于制備高能量的電池。
文檔編號H01M2/10GK1684291SQ200510071770
公開日2005年10月19日 申請日期2005年4月6日 優先權日2004年4月6日
發明者金容三 申請人:三星Sdi株式會社