專利名稱：具有絕佳密封效果的二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有極佳的密封能力的二次電池，更具體地，涉 及一種高輸出，大容量的二次電池，其在覆有樹脂薄膜的電極導(dǎo)線的 表面的預(yù)設(shè)區(qū)域形成有微小的不規(guī)則部分，使得介于電極導(dǎo)線與設(shè)置 于電池盒與電極導(dǎo)線間的樹脂薄膜之間的粘合強度增強，藉此有效預(yù) 防空氣中的水分進入二次電池及電解液從二次電池泄漏，因此，增加 了二次電池的使用壽命。
背景技術(shù)：
最近， 一種可充放電的二次電池被廣泛的使用在無線行動裝置上 作為能量源。同時，二次電池作為電動車與混合動力電動車的功率源 的情況已引起相當(dāng)大的注意，其可用來解決使用石油的汽柴油引擎所 造成的空氣污染問題。
因為中型或大型裝置需要高輸出與大容量，所以中型或大型裝置， 例如汽車，需使用多個單元電池彼此電連接的中型或大型電池系統(tǒng)。
袋型鋰離子聚合物電池廣泛地做為中型或大型電池系統(tǒng)的單元電池， 其具有大于作為小型裝置內(nèi)部連接電池的尺寸。
圖l為一種制造袋形鋰聚合物電池的方法的示意圖(下文有時是指 一種"大容量聚合物電池"〉，其用于高輸出、大容量的電池系統(tǒng)。
參考圖1，此大容量聚合物電池100籍由放置電極組件300而制 造，其包含陰極、分隔薄膜與陽極于袋型電池盒200中，該電池盒由 一種高聚合樹脂與鋁質(zhì)薄片制成，且連接電極導(dǎo)線410及420至此電 池盒200，同時電極導(dǎo)線410及420從此電池盒200的上端向外突出。
從此電極組件300伸出電極接頭310與320，其分別連接至電極導(dǎo)線 410及420。介于此電池盒200與電極導(dǎo)線410及420間的連接區(qū)域設(shè) 置多個樹脂薄膜500，其預(yù)防電解液從電池泄漏且預(yù)防包含于空氣中的 水份被導(dǎo)引入電池，同時完成電極導(dǎo)線410及420的電路絕緣。
圖2為圖1中所示的大容量聚合物電池的電極導(dǎo)線與電池盒連接的 局部放大示意圖。
參考圖2，陰極導(dǎo)線410及陽極導(dǎo)線420電連接至電極組件(圖未 示)，電極組件包含陰極、分隔薄膜與陽極，它們以一種密封形式設(shè) 置于袋型盒200中，其由鋁質(zhì)薄片制成，同時陰極導(dǎo)線410及陽極導(dǎo)線 420從電池盒200的上端向外突出。樹脂薄膜500設(shè)置于電池盒200與電 極導(dǎo)線410及420之間。
當(dāng)制造電池時，電池盒200的上端組件210與下端組件220在高溫高 壓的情況下彼此互相焊接。然而，空氣中包含的水分可能被導(dǎo)引入此 電池盒或是電解液可能經(jīng)由此電池的電極導(dǎo)線410及420與樹脂薄膜 500間的縫隙泄漏。因此，電池的使用壽命會因時間的經(jīng)過而減少。
當(dāng)電池盒200的上端組件210與下端組件220在高溫高壓的情況 下彼此互相焊接以解決上述問題時，樹脂薄膜可能會融化，因此，電 池的外表面被污染，或此樹脂薄膜被損壞，從而加速電池使用壽命的 減少?？蛇x地，在電極導(dǎo)線表面上覆有樹脂薄膜的預(yù)設(shè)區(qū)域，可涂上 鉻酸鹽。然而，鉻酸鹽處理會因重金屬造成環(huán)境污染，因此是不適當(dāng) 的。
因此，迫切需要一種新技術(shù)來解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的為解決上述問題，和其他尚未解決的技術(shù)問 題。
為了解決上述問題做了各種大量的研究與實驗，發(fā)明者發(fā)現(xiàn)，當(dāng) 多個微小不規(guī)則部分在覆有樹脂薄膜的電極導(dǎo)線表面的預(yù)設(shè)區(qū)域形成 時，在電池盒的焊接條件下(溫度及壓力)，樹脂薄膜與電極導(dǎo)線間 的粘合強度大幅增加，因此，藉此有效預(yù)防空氣中的水分進入二次電 池及電解液從二次電池泄漏。本發(fā)明基于上述發(fā)現(xiàn)而完成。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，完成上述及其它目的提出的一種二次電 池包含以密封形式設(shè)置于電池盒中的電極導(dǎo)線，同時這些電極導(dǎo)線 從該電池盒部分突出；及設(shè)置于該電池盒與這些電極導(dǎo)線間的樹脂薄 膜，其中這些電極導(dǎo)線在覆有這些樹脂薄膜的表面的多個預(yù)設(shè)區(qū)域具 有不規(guī)則部分，藉此增強這些電極導(dǎo)線及這些樹脂薄膜間的粘合強度。
優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明的二次電池為高輸出，大容量電池系統(tǒng)的單 元電池。此二次電池并無特別限制，只要此二次電池具有這樣的結(jié)構(gòu)， 即其絕緣樹脂薄膜設(shè)置于電池盒與電極導(dǎo)線間。優(yōu)選地，此二次電池 的電池盒由一種包含樹脂層與金屬層的薄板制成。此電池盒的典型范 例可為鋁質(zhì)薄板制成的袋型電池盒。
根據(jù)本發(fā)明的電極組件可以任一種結(jié)構(gòu)設(shè)置于此二次電池的電池 盒中，舉例來說，堆迭形式結(jié)構(gòu)或環(huán)繞(環(huán)繞形)結(jié)構(gòu)。基于此電極
組件的結(jié)構(gòu)或電解液的組成，二次電池一般分為鋰離子電池、鋰離子 聚合物電池或鋰聚合物電池。優(yōu)選地，本發(fā)明使用鋰離子聚合物電池， 因為電池的生產(chǎn)花費低、電解液泄漏的可能性低及電池的組裝流程簡單。
此鋰離子聚合物電池藉由設(shè)置電極組件而制成，其包含陰極、分 隔薄膜與陽極，它們在由鋁質(zhì)薄板所制的袋型殼體中被浸入電解液， 且施以高溫與高壓至此電池盒的接觸區(qū)域使得此電池盒的接觸區(qū)域得
以焊接。
各電極的一端位于此電池盒中同時此電極組件的電極接頭附接于 各電極端，且各電極導(dǎo)線的另一端從此電池盒向外突出。這些電極導(dǎo) 線之一，如，陰極導(dǎo)線， 一般為鋁質(zhì)的金屬片制成，另外的電極導(dǎo)線， 如，陽極導(dǎo)線， 一般為銅質(zhì)的金屬片制成。這些電極接頭一般藉由點
焊連接至電極導(dǎo)線。這些電極導(dǎo)線的厚度大約200至500微米。
這些樹脂薄膜設(shè)置于電池盒與電極導(dǎo)線的接觸區(qū)域。這些樹脂薄 膜通常由高聚合樹脂制成，如聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)。這些樹 脂薄膜的厚度為100至300微米。
本發(fā)明的特征在于這些電極導(dǎo)線具有預(yù)設(shè)的表面區(qū)域，其上覆有 含多個不規(guī)則部分的樹脂薄膜，當(dāng)電池盒焊接時，這些電極導(dǎo)線與樹 脂薄膜間的粘合強度可以增加。
這些微小不規(guī)則部分使這些電極導(dǎo)線的表面積增加，藉此這些電 極導(dǎo)線與樹脂薄膜間的粘合強度可以增加。更進一步，就算當(dāng)空氣中 的水分導(dǎo)引入電池盒或電解液經(jīng)由此電池的陰極導(dǎo)線及陽極導(dǎo)線與樹 脂薄膜間的縫隙泄漏，水分或電解液的移動路徑顯著的延長，且因此， 最小化水分或電解液的移動。
這些不規(guī)則部分可藉由各種方法形成。舉例來說，這些不規(guī)則部 可籍由機械表面處理，如軋制、噴砂、SiC砂紙磨擦、鐳射輻射或超音 波應(yīng)用，或可藉由化學(xué)表面處理，如藉由化學(xué)物質(zhì)的部份蝕刻。
優(yōu)選地，按照硬化冷軋流程執(zhí)行，以在電極導(dǎo)線表面上形成不規(guī) 則部分。此硬化冷軋流程為一種完成約0.3至3.0%的輕冷軋制流程，以 提高回火冷軋制鋼板的機械特性與控制回火冷軋制鋼板的表面狀態(tài)。 藉由化學(xué)物質(zhì)的部份蝕刻可藉由涂布磷酸、鹽酸或硝酸至電極導(dǎo)線而
完成，并且，在于這些電極導(dǎo)線的表面形成可見的微小不規(guī)則部分需 要的時間之后，以蒸餾水清洗這些電極導(dǎo)線。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為了從 金屬薄片表面移除金屬氧化層(舉例來說，鋁箔)，其用于這些電極 導(dǎo)線，則在這些樹脂薄膜附接于這些電極導(dǎo)線前，硝酸可涂于這些金 屬薄膜的表面。然而，已經(jīng)證明籍由硝酸涂布以在金屬薄膜的表面形 成不規(guī)則部分無法如本發(fā)明一樣有效地增加這些金屬薄膜與金屬導(dǎo)線 間的粘合強度。
如實驗結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)這些金屬薄膜與電極導(dǎo)線間的 粘合強度不僅可藉由完成機械表面處理，如軋制、噴砂、SiC砂紙磨擦、 鐳射輻射或超音波應(yīng)用，亦可藉由化學(xué)表面處理，如藉由化學(xué)物質(zhì)的 部份蝕刻，而大幅增加。為何這些金屬薄膜與電極導(dǎo)線間的粘合強度 可藉由完成機械表面處理與化學(xué)表面處理而大幅增加的理由無法證 實。然而，其提出了構(gòu)成這些形成有各種尺寸的不規(guī)則部分的槽，且
因此增加了這些金屬薄膜與電極導(dǎo)線間的粘合強度。
根據(jù)本發(fā)明的這些不規(guī)則部分的形狀與方向并無特別限制。優(yōu)選
地，各不規(guī)則部分包含多個槽以O(shè)。(水平)至50。的角度形成于該電池 盒表面的上端。這些槽增加這些電極導(dǎo)線與樹脂薄膜間的接觸區(qū)域， 及延長水分及電解液的移動路徑。
這些不規(guī)則部分可全部或部分形成于這些電極導(dǎo)線的覆有樹指薄 膜的表面預(yù)設(shè)區(qū)域。優(yōu)選地，這些不規(guī)則部分全部形成于這些電極導(dǎo) 線的表面預(yù)設(shè)區(qū)域。
優(yōu)選地，形成各不規(guī)則部分使得構(gòu)成對應(yīng)于不規(guī)則部分的這些槽 的尺寸(這些槽的深度)介于這些電極導(dǎo)線厚度的1%至4%間。當(dāng)這 些槽的尺寸小于1%時，介于這些電極導(dǎo)線與樹脂薄膜間增加的粘合強 度與水分及或電解液的移動路徑的延長將無法充分完成。當(dāng)這些槽的 尺寸大于4%時，另一方面，這些電極導(dǎo)線的物理特性則會損壞。在此
例中這些電極導(dǎo)線的厚度為250微米至450微米，這些槽的尺寸為3 至10微米。然而，有可能在上述槽中一起形成有更多微小槽。


本發(fā)明的上述及其它目的、特征與其余優(yōu)勢將會從以下結(jié)合附屬 圖的詳細(xì)描述中獲得清楚認(rèn)識，其中
圖l為一種示例性袋形鋰聚合物二次電池的示意圖，其用于高輸 出、大容量的電池系統(tǒng)；
圖2為圖1中所示的電極導(dǎo)線與大容量聚合物電池的電池盒連接的 局部放大圖3為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的電極導(dǎo)線與袋形鋰離子聚合物 二次電池間連接的部份放大圖4和圖5為根據(jù)本發(fā)明的各種優(yōu)選實施例的其表面具有微小不規(guī) 則部分的各電極導(dǎo)線的透視圖6為本發(fā)明的實驗示例1與示例2的實驗結(jié)果圖。
附圖的主要符號說明
100:袋形鋰離子聚合物電池
200:電池盒
300:電極組件
410、 420:電極導(dǎo)線
430:微小不規(guī)則部分
500:樹脂薄膜
具體實施例方式
現(xiàn)在，本發(fā)明的優(yōu)選的實施例將會參照附圖示作詳細(xì)描述。這里 必須注意本發(fā)明的范圍并不僅限制于此實施例的說明。
圖3為根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的電極導(dǎo)線與袋形鋰離子聚合物 二次電池間連接的部份放大圖。
參考圖3，陰極導(dǎo)線410與陽極導(dǎo)線420連接至電池盒200，而樹脂 薄膜500設(shè)置于陰極導(dǎo)線410及陽極導(dǎo)線420與電池盒200間。電池盒200 包含上端組件210與下端組件220，其如圖1中所示在電池盒200的下端 鉸合連接。盡管電池盒200的上端組件210及下端組件220彼此互相接 觸，但上端組件210及下端組件220的多接觸區(qū)域系相互焊接，因此， 上端組件210及下端組件220彼此互相穩(wěn)固的連接。樹脂薄膜500包覆陰 極導(dǎo)線410及陽極導(dǎo)線420，而樹脂薄膜500的上端從電池盒200的上端 突出。
陰極導(dǎo)線410及陽極導(dǎo)線420在覆有樹脂薄膜500的其表面的預(yù)設(shè) 區(qū)域具有微小不規(guī)則部分430，其作用已于前文描述。
圖4及圖5為根據(jù)本發(fā)明的各種優(yōu)選實施例的其表面具有微小不規(guī) 則部分的各電極導(dǎo)線的透視圖。
請參考圖4，多個電極接頭310連接至陰極導(dǎo)線410的下端，陰極導(dǎo) 線410是以近似矩形的形狀形成的金屬板，連接方式是例如焊接。陰極 導(dǎo)線410的中間覆有樹脂薄膜500。電池盒200焊接至樹脂薄膜500，而 樹脂薄膜500的部份暴露于外。電極導(dǎo)線410在其表面覆有樹脂薄膜500 的預(yù)設(shè)區(qū)域，具有無方向性的微小不規(guī)則部分431。藉由此微小不規(guī)則 部431的作用，電極導(dǎo)線410與樹脂薄膜500間的接觸區(qū)域增加，因此， 電極導(dǎo)線410與樹脂薄膜500間的粘合強度增加。當(dāng)電池盒200熱焊接 時， 一些樹脂薄膜500導(dǎo)入構(gòu)成微小不規(guī)則部分431的多個槽。結(jié)果， 電極導(dǎo)線410與樹脂薄膜500間的粘合強度更進一步增加。
參考圖5，其非常類似圖4，電極導(dǎo)線410具有微小不規(guī)則部分432， 不規(guī)則部432包含多個形成于電池盒200的上端的平行槽。也就是說， 此微小不規(guī)則部432的槽具有預(yù)設(shè)方向。結(jié)果，電極導(dǎo)線410的表面面 積增加，造成電極導(dǎo)線410與樹脂薄膜500間的粘合強度增加。另外，
延長了水分或電解液的移動路徑，通過其包含于空氣中的水分或包含 于電池中的電解液可能移動，因此，可最小化水分或電解液的移動。
在此實施例中，不規(guī)則部分432的尺寸略小于電極導(dǎo)線410與樹脂薄膜 500間的接觸區(qū)域。
現(xiàn)在，將參考以下示例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。但是應(yīng)注意的是， 這些示例僅用于示意目的，不能認(rèn)為是限制了本發(fā)明的范圍和精神。
示例l
鋁箔(陰極箔片)及銅箔(陽極箔片)的每個表面具有45毫米x30 毫米的尺寸且厚度約350微米，以具有800弁粗糙度的SiC砂紙以1000至 1200rpm的旋轉(zhuǎn)速度磨擦3分鐘(SiC砂紙磨擦)。利用透射電子顯微鏡 觀察鋁箔及銅箔的表面的結(jié)果，確認(rèn)具有平均4至5微米大小的槽形成 于鋁箔及銅箔的表面。此鋁箔及銅箔，其表面如上所述，通過焊接連 接于電極組件的電極接頭，然后，由聚丙烯制成的樹脂薄膜，附接于 鋁箔及銅箔的上端表面及下端表面。接著，電極組件設(shè)置于袋型電池 盒中，袋型電池盒由鋁質(zhì)薄板制成，基于碳酸鹽的包含1M LiPF6的鋰 電解液注入袋型電池盒，且熱焊接此薄板。依此方式，制造鋰離子聚 合物電池。
示例2
一種如示例1相同方式所制成的鋰離子聚合物電池，除了鋁箔及 銅箔表面以噴砂處理代替上述SiC砂紙磨擦之外。確認(rèn)具有平均5至6 微米大小的槽通過噴砂形成于鋁箔及銅箔的表面。
示例3
一種如示例1相同方式所制成的鋰離子聚合物電池，除了鋁箔及 銅箔表面以噴砂處理然后在進行磷酸處理之外。確認(rèn)具有平均5至6 微米大小的槽通過上述表面處理形成于鋁箔及銅箔的表面。
比較示例1
一種如示例1相同方式所制成的鋰離子聚合物電池，除了鋁箔及 銅箔表面未做處理之外。
比較示例2
一種如示例1相同方式所制成的鋰離子聚合物電池，除了鋁箔及
銅箔表面通過使用1M鹽酸DC蝕刻，從鋁箔及銅箔表面移除金屬氧化 層之外。
實驗示例1
根據(jù)示例1-3與比較例1和2，在制造二次電池時，為了測量金屬 薄片與樹脂薄膜間的粘合強度，執(zhí)行180度剝離測試。結(jié)果示于圖6。
如圖6所示，可發(fā)現(xiàn)示例1-3的粘合強度高于比較例1，比較例1 未完成表面處理，及比較例2，比較例1的鋁箔及銅箔表面的處理僅藉 由使用鹽酸蝕刻從鋁箔及銅箔表面移除金屬氧化層。尤其，可以觀察 到示例3中，其機械表面處理及化學(xué)表面處理均完成，具有較高的粘 合強度。
實驗示例2
根據(jù)示例1-3與比較例1和2，所制造的二次電池處于高溫與高濕度 情況下約四周移出后，然后拆開此二次電池。接著，以HF滴定法使用 酸基滴定測量存在于電解液中HF的濃度。
一般來說，包含于電解液中的LiPFe與水反應(yīng)產(chǎn)生HF，其對電池有 害。結(jié)果，降低電池的效能與使用壽命。因此，藉由測量存在電解液 中的HF可確認(rèn)經(jīng)由電極導(dǎo)線與樹脂薄膜間的縫隙導(dǎo)入電池盒水分的數(shù)
根據(jù)示例l-3所制造的電池中，測量的結(jié)果顯示HF的產(chǎn)生數(shù)量遠(yuǎn)小
于根據(jù)比較例1和2所制造的電池，但尤其是，根據(jù)示例3所制造的電池，
HF的產(chǎn)生數(shù)量最少。
工業(yè)應(yīng)用
如上述說明，電極導(dǎo)線與樹脂薄膜之間具有高粘合強度。且延長 了水分或電解液的移動路徑，通過其包含于空氣中的水分或包含于二 次電池中的電解液可能移動。因此，本發(fā)明可將因水分進入二次電池 及從二次電池泄漏電解液所造成二次電池使用壽命減低的問題降到最 低。本發(fā)明的二次電池對于做為中型或大型電池系統(tǒng)的單元電池非常 有用，例如混合動力電動車。
本發(fā)明在上文中已以示意目的公開優(yōu)選實施例，然而本領(lǐng)域的技 術(shù)人員應(yīng)理解的是，可以進行各種修改、增加和替換，只要不背離附 加權(quán)利要求公開的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種二次電池，包含電極導(dǎo)線，以密封形式設(shè)置于電池盒中，而所述電極導(dǎo)線從電池盒部分突出；及樹脂薄膜，設(shè)置于所述電池盒與所述電極導(dǎo)線間，其中所述電極導(dǎo)線在覆有所述樹脂薄膜的表面的預(yù)定區(qū)域具有不規(guī)則部分，藉此增強所述電極導(dǎo)線及所述樹脂薄膜之間的粘合強度。
2. 如權(quán)利要求l所述的二次電池， 出、大容量的電池系統(tǒng)的單元電池。
3. 如權(quán)利要求l所述的二次電池， 屬層的薄板制成。
4. 如權(quán)利要求3所述的二次電池， 的袋型殼體。
5. 如權(quán)利要求l所述的二次電池， 子聚合物電池。其中所述二次電池是用于高輸其中電池盒由包含樹脂層與金其中電池盒是由鋁質(zhì)薄板制成其中所述二次電池是袋型鋰離
6. 如權(quán)利要求l所述的二次電池，其中所述不規(guī)則部分可藉由機 械表面處理，如軋制、噴砂、SiC砂紙磨擦、鐳射輻射或超音波應(yīng)用， 或可藉由化學(xué)表面處理，如化學(xué)物質(zhì)的部份蝕刻。
7. 如權(quán)利要求6所述的二次電池，其中根據(jù)硬化冷軋流程執(zhí)行軋制。
8. 如權(quán)利要求6所述的二次電池，其中所述不規(guī)則部分可籍由機 械表面處理及化學(xué)表面處理而形成。
9. 如權(quán)利要求l所述的二次電池，其中每個所述不規(guī)則部分包含多個以0。(水平)至50。之角度形成于該電池盒上端表面的槽。
10. 如權(quán)利要求l所述的二次電池，其中形成每個所述不規(guī)則部， 使得構(gòu)成對應(yīng)于所述不規(guī)則部分的槽的尺寸(槽的深度)介于所述電 極導(dǎo)線厚度的1%至4%之間。
全文摘要
這里公開的是一種二次電池，其包括以密封形式設(shè)置于電池盒中的電極導(dǎo)線，同時電極導(dǎo)線從電池盒部分突出，以及樹脂薄膜設(shè)置于電池盒與電極導(dǎo)線之間，其中電極導(dǎo)線在其覆有樹脂薄膜的表面的多個預(yù)設(shè)區(qū)域具有不規(guī)則部分，藉此增強電極導(dǎo)線及樹脂薄膜間的粘合強度。電極導(dǎo)線與樹脂薄膜之間具有高粘合強度，且延長了水分或電解液的移動路徑，包含于空氣中的水分或包含于二次電池中的電解液可沿著該移動路徑移動。因此，本發(fā)明可將因水分進入二次電池及從二次電池泄漏電解液所造成二次電池使用壽命減低的問題降到最低。此二次電池對于做為中型或大型電池系統(tǒng)的單元電池非常有用，例如混合動力電動車。
文檔編號H01M2/10GK101107730SQ200680002705
公開日2008年1月16日 申請日期2006年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月21日
發(fā)明者劉承宰, 劉智相 申請人:株式會社Lg化學(xué)