專利名稱：電極封裝及使用該電極封裝的二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二次電池，特別涉及一種用于二次電池的電極封裝中的電極和固定于電極上的引線的組件結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
與原電池不同，二次電池可以充電。普通類型的二次電池可以制成電池組并用作如手機(jī)、筆記本電腦和可攜式攝像機(jī)的各種便攜式電子器件的電源。
近來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出使用二次電池的高能電池，并將其作為混合式電動(dòng)汽車(HEV)的電動(dòng)機(jī)的能源。
二次電池可以根據(jù)外部形狀分為不同類型，例如正方形或圓柱形電池。正方形二次電池具有的結(jié)構(gòu)是帶狀的正電極和負(fù)電極與置于其間的分隔件堆疊在一起、并卷繞成正方形的電極組件(膠體卷(jellyroll))；或者多個(gè)正電極和負(fù)電極與置于其間的分隔件堆疊成一個(gè)電極組件，然后將該電極組件插入正方形容器中。
在具有卷繞的正電極和負(fù)電極的電極組件中，引線分別固定到正電極和負(fù)電極，以聚集由正電極和負(fù)電極產(chǎn)生的電流。
通過(guò)焊接，引線直接固定到外部端子，該外部端子連接或固定到與外部端子連接的單獨(dú)的板上，以便將由正電極和負(fù)電極產(chǎn)生的電流感應(yīng)到外部正、負(fù)端子。
當(dāng)用于低電池容量的小電池時(shí)，具有上述結(jié)構(gòu)的電池可以獲得足夠的聚集效率。然而，當(dāng)電池用于象需要大的和高的能量的HEV的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備時(shí)，上述的聚集方法就會(huì)降低聚集效率，并且很難均勻聚集由正電極和負(fù)電極產(chǎn)生的電流。這是因?yàn)檎姌O和負(fù)電極的面積隨電池尺寸的增加而增加，相應(yīng)地，內(nèi)電阻也增加。
在克服這些困難的努力中，已經(jīng)提出了包括在日本公開(kāi)第1998-312824號(hào)和第2002-260672號(hào)中公開(kāi)的電池的二次電池，其中電極組件通過(guò)堆疊正電極、負(fù)電極和分隔件而形成，并且將多個(gè)引線連接到電極上。
在上面的二次電池中，因?yàn)檫B接到電極的多個(gè)引線可以固定到與外部端子連接的板上，所以電池的內(nèi)電阻可能降低，并且正電極和負(fù)電極的聚集效率可能降低。
然而，因?yàn)樯厦娑坞姵氐闹圃旆椒òㄈ缦虏襟E制備多個(gè)正電極和負(fù)電極、將引線分別固定到正電極和負(fù)電極、依次堆疊正電極和負(fù)電極與置于它們之間的分隔件，以及分別系緊并連接與正電極固定的引線和與負(fù)電極固定的引線，所以存在制造步驟數(shù)量增加的問(wèn)題并由此降低了制造效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電極封裝和一種二次電池，其能夠均勻地提取從電極組件的每個(gè)部分產(chǎn)生的電流，還能夠通過(guò)引線提高聚集效率以增強(qiáng)功率特性。
而且，本發(fā)明提供一種電極封裝和一種二次電池，其中可以簡(jiǎn)化電極組件和引線的組件結(jié)構(gòu)來(lái)提高制造效率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于二次電池的電極封裝包括電極組件，該電極組件包括正電極、負(fù)電極和置于這兩個(gè)電極之間的分隔件，每個(gè)正電極和負(fù)電極都具有沿其邊緣未涂覆活性材料的未涂覆區(qū)；正極引線和負(fù)極引線，它們分別固定到正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)，它們的長(zhǎng)度方向與正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)的長(zhǎng)度方向平行。
未涂覆區(qū)可被設(shè)置形成多個(gè)折痕，并且未涂覆區(qū)在其至少一部分中可以具有粘結(jié)區(qū)。
可以在未涂覆區(qū)的中心部分設(shè)置粘結(jié)區(qū)。
引線可以設(shè)置成與粘結(jié)區(qū)重疊。
可以在未涂覆區(qū)的整個(gè)部分形成粘結(jié)區(qū)。
未涂覆區(qū)的寬度可以比電極組件的厚度小三倍。
電極封裝滿足下面的公式t/2+a≤W≤t+a其中“W”為未涂覆區(qū)的寬度，“a”為引線的寬度而“t”為引線的厚度。
引線可分別與相應(yīng)的未涂覆區(qū)的最外表面緊密接觸并固定。
未涂覆區(qū)在其至少一部分中可以具有切割部分，且引線可以通過(guò)相應(yīng)的未涂覆區(qū)的切割部分分別插入到未涂覆區(qū)，從而與未涂覆區(qū)緊密接觸并固定。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一種二次電池，包括電極封裝，該電極封裝包含電極組件和正極引線和負(fù)極引線，該電極組件包括正電極、負(fù)電極和置于這兩個(gè)電極之間的分隔件，每個(gè)正電極和負(fù)電極具有沿其邊緣未涂覆活性材料的未涂覆區(qū)，正極引線和負(fù)極引線分別固定到正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)，其長(zhǎng)度方向與正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)的長(zhǎng)度方向平行；容器，其具有接收電極封裝的空間；和蓋組件，其固定到容器開(kāi)口以密封容器，該蓋組件包括與正極引線和負(fù)極引線電連接的端子；其中電極組件安裝在空間中，在其寬度方向和容器的高度方向之間具有預(yù)定的角度。
該二次電池可以為正方形。
該二次電池可以用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置。


結(jié)合附圖，本發(fā)明的這些和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)從下面的實(shí)施例說(shuō)明中將變得顯而易見(jiàn)并更容易理解，附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電極封裝的正視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電極封裝的平面圖；圖3是圖2的電極封裝的部分橫截面圖；圖4是示出卷繞前電極組件結(jié)構(gòu)的圖2電極組件的分解透視圖；圖5是圖1電極組件的側(cè)視圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例而改進(jìn)的實(shí)施例的電極封裝結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的二次電池的橫截面圖；以及圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電極封裝的透視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，其例子在附圖中示出。下面通過(guò)參考附圖描述實(shí)施例來(lái)解釋本發(fā)明。
圖1和圖2分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電極封裝的正視圖和平面圖。圖3是圖1和2的電極封裝的部分橫截面圖。圖4是示出本發(fā)明電極組件結(jié)構(gòu)的分解透視圖。
參考附圖，電極封裝2具有膠體卷構(gòu)型的電極組件10，而構(gòu)型是通過(guò)堆疊并沿長(zhǎng)度方向卷繞(圖1和4中的D1方向)和壓緊帶狀的正電極4、分隔件6和負(fù)電極8形成的。
當(dāng)形成電極組件10時(shí)，正電極4和負(fù)電極8的未涂覆區(qū)4a和8a彼此面對(duì)設(shè)置。未涂覆區(qū)4a和8a是正電極4的集流器4b和負(fù)電極8的集流器8b的一部分，當(dāng)在集流器4b和8b上分別涂覆正極活性材料4c和負(fù)極活性材料8c時(shí)，該部分沿與這些集流器4b和8b的長(zhǎng)度方向D1平行的一端的邊緣未涂覆活性材料。當(dāng)形成電極組件10時(shí)，這些未涂覆區(qū)4a和8a伸出置于正電極4和負(fù)電極8之間的分隔件6之上，同時(shí)它們保持多個(gè)折痕形式(in may folds)的重疊的結(jié)構(gòu)。
分隔件6的長(zhǎng)度大于正電極4和負(fù)電極8的長(zhǎng)度，以防止在正電極4和負(fù)電極8之間形成短路。因此，當(dāng)分隔件設(shè)置在正電極4和負(fù)電極8之間時(shí)，優(yōu)選分隔件6的兩端具有多余部分6a，以阻止正電極4和負(fù)電極8的重疊。
相對(duì)于分隔件6堆疊的正電極4和負(fù)電極8沿其長(zhǎng)度方向卷繞以形成膠體卷構(gòu)型的電極組件10，該分隔件6置于這兩個(gè)電極之間。電極組件10可以在其中心具有芯(未示出)，以有助于電極組件10的卷繞。
因而，隨著正電極4的幾次卷繞，就會(huì)在電極組件10的一端布置多個(gè)折痕形式的正極未涂覆區(qū)4a。隨著負(fù)電極8的卷繞幾次，就會(huì)在電極組件10的另一端布置多個(gè)折痕形式的負(fù)極未涂覆區(qū)8a。
在電極組件10中，設(shè)置正極引線12和負(fù)極引線14，使得它們的長(zhǎng)度方向平行于未涂覆區(qū)4a和8a的長(zhǎng)度方向，并且它們分別電連接到正極未涂覆區(qū)4a和負(fù)極未涂覆區(qū)8a。
為了將多個(gè)折痕彼此電連接，正極和負(fù)極未涂覆區(qū)4a和8a具有粘結(jié)區(qū)4A和8A，所述粘結(jié)區(qū)通過(guò)在至少一個(gè)部分使其多個(gè)折痕彼此緊密接觸形成。
正極引線12和負(fù)極引線14分別與粘結(jié)區(qū)4A和8A重疊，以固定到正極和負(fù)極未涂覆區(qū)4a和8a的最外部(圖5)。
粘結(jié)區(qū)不限于上述結(jié)構(gòu)，如圖6中所示，它們可以在未涂覆區(qū)4a和8a的整個(gè)部分形成。
將引線12和14固定到形成有該粘結(jié)區(qū)4A和8A的未涂覆區(qū)4a和8a的最外表面。
在形成電極組件10之后，通過(guò)對(duì)相應(yīng)于粘結(jié)區(qū)4A和8A的未涂覆區(qū)向電極組件10的中心加力以彼此緊密接觸，且通過(guò)由外部熱源提供的熱將它們?nèi)刍员舜苏辰Y(jié)，可以形成粘結(jié)區(qū)4A和8A。為了此目的，可以使用超聲波焊接或電阻焊接。
如圖2所示，露出于分隔件6之外的正極和負(fù)極未涂覆區(qū)4a和8a的寬度(W)優(yōu)選小于電極組件10的厚度(t)的三倍，更優(yōu)選小于電極組件10的厚度(t)的兩倍。
另外，電極封裝滿足下面的公式t/2+a≤W≤t+a其中“W”為正極和負(fù)極未涂覆區(qū)4a和8a的寬度，“a”為引線的寬度而“t”為引線的厚度。
更優(yōu)選電極封裝進(jìn)一步滿足下面的公式t2+a≤W≤2t2+a]]>當(dāng)通過(guò)分別在集流器4b和8b上涂覆活性材料來(lái)形成正電極和負(fù)電極時(shí)，未涂覆區(qū)4a和8a至少具有可以固定正極和負(fù)極引線12和14而不影響電流聚集的多余寬度。因此，正電極和負(fù)電極4和8可以使集流器4b和8b上的活性材料的涂覆面積最大，以提高電極組件10的容量，這使得二次電池具有大的尺寸和高的能量。
而且，如上所述，將電極封裝2的正極和負(fù)極引線12和14的長(zhǎng)度方向設(shè)置成對(duì)應(yīng)于電極組件10的卷繞方向D1，而不對(duì)應(yīng)于電極組件10的寬度方向D2。當(dāng)二次電池形成有電極封裝2時(shí)，這樣設(shè)置正電極和負(fù)電極12和14可以使電極封裝2中的未涂覆部分最小，特別是正極和負(fù)極引線12和14所占的面積最小。因此，二次電池可以具有提高容量的優(yōu)點(diǎn)。
圖7是根據(jù)本發(fā)明的二次電池的橫截面圖。
如圖7所示，二次電池包括具有電極組件10的電極封裝2；正極和負(fù)極引線12和14；容器16，其具有在其一側(cè)上形成的開(kāi)口16a和在容器內(nèi)部容納多個(gè)電極封裝2的空間；以及安裝到開(kāi)口16a上以密封容器16的蓋組件22。
電極組件10的寬度方向D2與電極封裝2從開(kāi)口16a向容器16的空間插入的方向D3不一致，即，與容器16的高度方向不一致，在它們之間具有預(yù)定角度。例如，電極組件10設(shè)置成其寬度方向D2與容器的高度方向垂直。因此，設(shè)置正極和負(fù)極引線12和14使得它們的長(zhǎng)度方向與容器的高度方向平行。
容器16由導(dǎo)電金屬制成，例如鋁、鋁合金和鍍鎳的鋼，且容器的形狀可以是具有容納電極封裝2的內(nèi)部空間的六面體等。作為示例，圖7示出了在六面體形狀的容器16內(nèi)安裝的正方形的電極組件10。
蓋組件22具有固定到開(kāi)口16a以密封容器16的基板24，和固定到基板24以分別與電極封裝2的正極和負(fù)極引線12和14電連接并同時(shí)穿過(guò)基板24的正極和負(fù)極端子18和20。
可以在基板24和正極與負(fù)極端子18和20之間設(shè)置絕緣部件26。在基板24的中心可以形成安全排氣孔26，當(dāng)電池的內(nèi)部壓力增加時(shí)，該排氣孔破損以釋放氣體。
在具有上述結(jié)構(gòu)的二次電池中，正極和負(fù)極引線12和14設(shè)置成它們的長(zhǎng)度方向與電極組件2從開(kāi)口16a向容器16的空間插入的方向D3平行，并且它們各自的一端分別固定到正極和負(fù)極端子18和20的下端。
正極和負(fù)極引線12和14的這種設(shè)置能夠使正極和負(fù)極引線12和14將正電極和負(fù)電極4和8與相應(yīng)的正極和負(fù)極端子18和20連接，并使其長(zhǎng)度的延伸最小，這可以縮短電流從電極組件10流到正極和負(fù)極端子18和20的路徑。
正極和負(fù)極引線12和14的這種設(shè)置降低了二次電池連同具有正極和負(fù)極未涂覆區(qū)4a和8a與正極和負(fù)極引線12和14的組件結(jié)構(gòu)的內(nèi)電阻，這可以提高用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置(如HEV)的二次電池的能量特性。
圖8是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電極封裝的透視圖。電極封裝30具有和上述電極封裝相同的基本結(jié)構(gòu)，在此就不對(duì)其細(xì)節(jié)做描述。
電極封裝30的正極引線32和負(fù)極引線34也電連接到電極封裝30的正電極36和負(fù)電極38的未涂覆區(qū)36a和38a。
在連接結(jié)構(gòu)中，如上所述，正極引線32和負(fù)極引線34設(shè)置成它們的長(zhǎng)度方向與正極未涂覆區(qū)36a和負(fù)極未涂覆區(qū)38a的長(zhǎng)度方向平行。
正極未涂覆區(qū)36a和負(fù)極未涂覆區(qū)38a在其一個(gè)部分中(在相對(duì)于圖的本實(shí)施例中的上部)具有切割部分36b和38b，正極和負(fù)極引線32和34通過(guò)切割部分36b和38b插入到未涂覆區(qū)36a和38a，以固定到未涂覆區(qū)36b和38b。
也就是說(shuō)，與上面的實(shí)施例不同，本實(shí)施例中的正極和負(fù)極引線32和34不是聯(lián)接到相應(yīng)的未涂覆區(qū)36b和38b的最外表面，而是插入未涂覆區(qū)36b和38b以與它們聯(lián)接。
本發(fā)明的二次電池可以用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置的電源，所述裝置例如混合式電動(dòng)汽車、電動(dòng)汽車、無(wú)繩真空清潔器、電動(dòng)自行車或低座小摩托車。
通過(guò)正極和負(fù)極引線、正極和負(fù)極端子和正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)的組件結(jié)構(gòu)，本發(fā)明的二次電池可以使內(nèi)電阻最小、均勻地提取從電極組件產(chǎn)生的電流并提高正極和負(fù)極引線的聚集效率。
由于提高了能量特性，因此，本發(fā)明的二次電池可以用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置的高能電池，而且由于簡(jiǎn)化了電極組件和引線的組件結(jié)構(gòu)，所以它可以提高制造效率。
盡管已經(jīng)示出并描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行改變，本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求及其它們的等同物限定。
權(quán)利要求
1.一種用于二次電池的電極封裝，該電極封裝包括電極組件，該電極組件包括正電極、負(fù)電極和置于這兩個(gè)電極之間的分隔件，每個(gè)正電極和負(fù)電極具有沿其邊緣未涂覆活性材料的未涂覆區(qū)；以及正極引線和負(fù)極引線，它們分別固定到正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)，它們的長(zhǎng)度方向與正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)的長(zhǎng)度方向平行。
2.如權(quán)利要求1的用于二次電池的電極封裝，其中設(shè)置未涂覆區(qū)以形成多個(gè)折痕，并且未涂覆區(qū)在其至少一個(gè)部分中具有粘結(jié)區(qū)。
3.如權(quán)利要求2的用于二次電池的電極封裝，其中在未涂覆區(qū)的中心部分設(shè)置粘結(jié)區(qū)。
4.如權(quán)利要求2的用于二次電池的電極封裝，其中引線設(shè)置成與粘結(jié)區(qū)重疊。
5.如權(quán)利要求2的用于二次電池的電極封裝，其中在未涂覆區(qū)的整個(gè)部分形成粘結(jié)區(qū)。
6.如權(quán)利要求1的用于二次電池的電極封裝，其中未涂覆區(qū)的寬度小于電極組件厚度的三倍。
7.如權(quán)利要求1的用于二次電池的電極封裝，其中電極封裝滿足下面的公式t/2+a≤W≤t+a其中“W”為未涂覆區(qū)的寬度，“a”為引線的寬度而“t”為引線的厚度。
8.如權(quán)利要求7的用于二次電池的電極封裝，其中電極封裝進(jìn)一步滿足下面的公式t2+a≤W≤2t2+a]]>
9.如權(quán)利要求1的用于二次電池的電極封裝，其中引線分別相應(yīng)的未涂覆區(qū)的最外表面緊密接觸并固定。
10.如權(quán)利要求1的用于二次電池的電極封裝，其中未涂覆區(qū)在其至少一個(gè)部分中具有切割部分，且引線通過(guò)相應(yīng)的未涂覆區(qū)的切割部分分別插入到未涂覆區(qū)，從而與未涂覆區(qū)緊密接觸并固定。
11.一種二次電池，包括電極封裝，其包括電極組件，該電極組件包括正電極、負(fù)電極和置于這兩個(gè)電極之間的分隔件，每個(gè)正電極和負(fù)電極具有沿其邊緣未涂覆活性材料的未涂覆區(qū)；和正極引線和負(fù)極引線，它們分別固定到正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)，它們的長(zhǎng)度方向與正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)的長(zhǎng)度方向平行；容器，其具有容納該電極封裝的空間；以及蓋組件，其固定到容器的開(kāi)口以密封該容器，該蓋組件包括與正極引線和負(fù)極引線電連接的端子；其中電極組件安裝在該空間中，以在其寬度方向和容器的高度方向之間具有預(yù)定的角度。
12.如權(quán)利要求1的二次電池，其中電極組件設(shè)置成其寬度方向垂直于容器的高度方向。
13.如權(quán)利要求11的二次電池，其中引線設(shè)置成其長(zhǎng)度方向平行于容器的高度方向。
14.如權(quán)利要求11的二次電池，其中未涂覆區(qū)設(shè)置成形成多個(gè)折痕，并且未涂覆區(qū)在其至少一個(gè)部分中具有粘結(jié)區(qū)。
15.如權(quán)利要求14的二次電池，其中引線設(shè)置成與粘結(jié)區(qū)重疊。
16.如權(quán)利要求14的二次電池，其中在未涂覆區(qū)的整個(gè)部分形成粘結(jié)區(qū)。
17.如權(quán)利要求11的二次電池，其中引線可分別與相應(yīng)的未涂覆區(qū)的最外表面緊密接觸并固定。
18.如權(quán)利要求11的二次電池，其中未涂覆區(qū)在其至少一個(gè)部分中具有切割部分，且引線通過(guò)相應(yīng)的未涂覆區(qū)的切割部分分別插入到未涂覆區(qū)，從而與未涂覆區(qū)緊密接觸并固定。
19.如權(quán)利要求11的二次電池，其中該二次電池為正方形。
20.如權(quán)利要求11的二次電池，其中該二次電池用于電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了電極封裝及使用該電極封裝的二次電池。該二次電池包括電極封裝，該電極封裝包括電極組件，該電極組件包括正電極、負(fù)電極和置于這兩個(gè)電極之間的分隔件，每個(gè)正電極和負(fù)電極具有沿其邊緣未涂覆活性材料的未涂覆區(qū)；和正極引線和負(fù)極引線，它們分別固定到正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)，它們的長(zhǎng)度方向與正電極和負(fù)電極的未涂覆區(qū)的長(zhǎng)度方向平行。該二次電池還包括容器，其具有容納該電極封裝的空間；以及蓋組件，其固定到容器的開(kāi)口以密封該容器，該蓋組件包括與正極引線和負(fù)極引線電連接的端子；其中電極組件安裝在該空間中，以在其寬度方向和容器的高度方向之間具有預(yù)定的角度。
文檔編號(hào)H01M2/06GK1681146SQ20051006567
公開(kāi)日2005年10月12日 申請(qǐng)日期2005年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月29日
發(fā)明者金容三, 金基昊, 柳在律, 金載炅 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社