專利名稱：用于鋰二次電池的復(fù)合材料帶和使用它的鋰二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合材料帶和使用該復(fù)合材料帶的鋰二次電池。更具體地講，本發(fā)明涉及一種包括有機(jī)基體和無機(jī)成分的復(fù)合材料帶，并且具有提高的絕熱和耐熱特性。
背景技術(shù)：
與一次電池不同，二次電池是可再充電，它能夠反復(fù)充電/放電地循環(huán)使用。二次電池廣泛地用于先進(jìn)的電子設(shè)備，例如蜂窩電話、筆記本電腦和可攜式攝像機(jī)。
二次電池分類成鋰二次電池、Ni-Cd電池和Ni-MH電池。特別是，鋰二次電池在約3.7V的電壓工作，這個(gè)工作電壓是用作便攜式電子設(shè)備電源的Ni-Cd電池和Ni-MH電池的工作電壓的三倍。此外，鋰二次電池具有高的單位重量能量密度。所以，鋰離子二次電池在先進(jìn)的電子技術(shù)領(lǐng)域中廣泛地使用。
根據(jù)所使用的電解液種類可以對(duì)鋰二次電池進(jìn)行分類。鋰離子電池使用液體電解質(zhì)，鋰聚合物電池使用聚合物電解質(zhì)。此外，鋰二次電池可以制造成各種形狀，例如圓筒形和袋形。
由于鋰二次電池具有比其它二次電池更高的能量密度，所以正電極與負(fù)電極的電和熱絕緣是十分重要的。典型的鋰二次電池的電極組件包括卷繞成膠卷(jellyroll)形式的正電極板、負(fù)電極板和隔板。隔板位于正電極板與負(fù)電極板之間，以使正電極板與負(fù)電極板絕緣。此外，連接到電極組件的電極接片連接到電極組件，并從電極組件伸出，并且包括絕緣帶，以使電極接片與電極組件，罐或蓋組件之間電絕緣。
在充電/放電期間，鋰二次電池的高能量密度可以在鋰二次電池中造成熱量產(chǎn)生。特別是，如果鋰二次電池過充電/過放電或如果電池短路時(shí)，在鋰二次電池中產(chǎn)生熱。負(fù)電極板和正電極板一般是相互隔離的，以便通過隔板在電極板之間發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的方式。因此，電極組件產(chǎn)生大量的熱。特別是，由于電極組件的焊接電極板和電極接片的部分接觸不同的金屬，造成這部分的內(nèi)電阻增加，使得產(chǎn)生大量的熱。因此，將樹脂構(gòu)成的絕緣帶附著到電極接片和隔板之間的這部分，以防止隔板由于熱而損壞。
由于鋰二次電池的容量增加，所以鋰二次電池的能量密度也增加。因此，在鋰二次電池中可能頻繁地產(chǎn)生熱，從而造成故障，例如短路。由于為了電絕緣或絕熱而使用的絕緣帶或絕熱帶主要是由諸如PI(聚酰亞胺)、PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)或PP(聚丙烯)之類的有機(jī)材料構(gòu)成的，所以，鋰二次電池中產(chǎn)生的熱可能會(huì)降低絕緣帶的絕熱或電絕緣特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種復(fù)合材料帶和使用該復(fù)合材料帶的鋰二次電池。其中復(fù)合材料帶包括有機(jī)基體和無機(jī)成分，并且具有提高的絕緣和耐熱特性。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，提供一種用于鋰二次電池的復(fù)合材料帶，包括有機(jī)基體和分散在有機(jī)基體中的至少一種無機(jī)成分。該有機(jī)基體在其至少一個(gè)表面上還包括粘結(jié)層。該有機(jī)基體包括選自由PI、PET、PP、PPS、PE、PPE及其混合物組成的組中的材料。無機(jī)成分從由氧化物和氮化物組成的組中選擇。其中氧化物從由Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2、MnO2、MgO及其混合物組成的組中選擇，氮化物從由Si3N4、BN及其混合物組成的組中選擇。
無機(jī)成分具有選自由球形、晶須狀和片狀組成的組中的形狀。當(dāng)無機(jī)成分為球形或晶須狀時(shí)，無機(jī)成分的直徑小于復(fù)合材料帶厚度的一半。當(dāng)無機(jī)成分為板狀時(shí)，板狀無機(jī)成分的厚度小于復(fù)合材料帶厚度的一半。
在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)合材料帶包含約20至約80重量百分比的無機(jī)成分，并且包含約20至約80體積百分比的無機(jī)成分?；蛘撸瑥?fù)合材料帶包含約20至約50體積百分比的無機(jī)成分。該復(fù)合材料帶具有約5μm至約200μm的厚度。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提供一種鋰二次電池，包括包括第一和第二電極板，以及用于絕緣第一電極板和第二電極板的隔板的電極組件。該電池還包括用于覆蓋連接到電極板并從電極組件伸出的至少一個(gè)電極接片的絕緣帶。其中絕緣帶包括具有有機(jī)基體和無機(jī)成分的復(fù)合材料帶。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供一種鋰二次電池，包括包括具有第一電極集電體的第一電極板和具有第二電極集電體的第二電極板的電極組件。第一電極集電體包括涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域。第二電極集電體也具有涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域。該電極組件還包括用于絕緣第一電極板和第二電極板的隔板，以及分別連接到第一和第二電極板的未涂覆區(qū)域的第一和第二電極接片。此外，電極組件包括粘結(jié)到隔板的對(duì)應(yīng)于第二電極集電體的未涂覆區(qū)域的絕緣帶。該絕緣帶還粘接到涂覆區(qū)域的毗接未涂覆區(qū)域的部分。第一電極板和第二電極板以及隔板卷繞形成電極組件。該絕緣帶包括具有有機(jī)基體和無機(jī)成分的復(fù)合材料帶。
鋰二次電池進(jìn)一步包括粘結(jié)到隔板的對(duì)應(yīng)于第一電極集電體的未涂覆區(qū)域的部分的絕緣帶。該絕緣帶還粘結(jié)到涂覆區(qū)域毗接未涂覆區(qū)域的部分。該絕緣帶粘結(jié)到隔板的不與第二電極集電體的未涂覆區(qū)域接觸的部分。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種袋型二次電池，包括袋、容納在袋中的電極組件、和從電極組件伸出到袋外的第一和第二電極接片。保護(hù)電路模塊電連接到該電極組件，并且鄰接第一和第二電極接片排列。具有預(yù)定尺寸和厚度的絕熱帶連接在電極組件與保護(hù)電路模塊之間，以將保護(hù)電路模塊固定到電極組件。該絕熱帶包括具有有機(jī)基體和無機(jī)成分的復(fù)合材料帶。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)方面，提供一種包型(pack type)二次電池，包括罐和容納在罐中的電極組件。該電極組件具有正電極板、負(fù)電極板和隔板。電解液注入到罐中。保護(hù)電路模塊電連接到電極組件。該電池還包括容納罐的容器，該容器包括第一和第二殼體。粘結(jié)帶位于罐與第一或第二殼體之間，以將罐固定到容器的內(nèi)表面。該粘結(jié)帶包括如上所述的復(fù)合材料帶，并且包括Al2O3作為無機(jī)成分。


從以下結(jié)合附圖的詳細(xì)說明中，可以對(duì)本發(fā)明的上述和其它特征以及優(yōu)點(diǎn)有更清楚的了解。
圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的復(fù)合材料帶的橫截面圖；圖2是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的罐型鋰二次電池的示意性透視圖；圖3a是顯示一根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的未卷繞的電極組件的側(cè)視圖；圖3b是圖3a中所示的電極組件的第一電極板的底視圖；圖4是顯示圖3a中所示的卷繞后的電極組件的平面圖；圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的卷繞的電極組件的平面圖；圖6是顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的未卷繞的電極組件的側(cè)視圖；圖7a顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的第一電極板的側(cè)視圖；圖7b是圖7a中第一電極板的平面圖；圖8是顯示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的未卷繞的電極組件的側(cè)視圖；圖9a是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的袋型鋰二次電池的示意性透視圖；圖9b是袋型鋰二次電池的橫截面圖；圖9c是圖9a的區(qū)域A的近視圖；圖10a是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的袋型鋰二次電池的透視圖；圖10b是圖10a中袋型鋰二次電池的局部橫截面視圖；和圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的包型鋰二次電池的分解透視圖。
具體實(shí)施例方式
以下參考

本發(fā)明的示例性實(shí)施例。在以下的說明和附圖中，為避免相同和類似部件的重復(fù)說明，用相同的參考號(hào)代表相同或類似的部件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的復(fù)合材料帶10的橫截面圖。如圖所示，復(fù)合材料帶10包括有機(jī)基體12，和分散在有機(jī)基體12中的多個(gè)板狀的無機(jī)成分14。復(fù)合材料帶10是通過將具有相對(duì)低熔點(diǎn)的有機(jī)基體12與具有相對(duì)高熔點(diǎn)的無機(jī)成分14混合制造的。具有這種組成的復(fù)合材料帶在高溫條件下可保持其絕緣和絕熱特性以及其形狀。這是因?yàn)榧词褂袡C(jī)基體12熔化，無機(jī)成分14也能保持完好。因此，與僅由有機(jī)基體組成的帶相比，復(fù)合材料帶10在高溫條件下，可以表現(xiàn)出提高的絕緣和絕熱特性。
此外，復(fù)合材料帶10在其至少一個(gè)表面上包括粘結(jié)層16。粘結(jié)層16是通過將粘結(jié)劑施加到復(fù)合材料帶10的所需表面上而形成的。粘結(jié)層16允許把復(fù)合材料帶10粘結(jié)到需要的地方?？梢允÷哉辰Y(jié)層，因?yàn)橐话阈枰獙?duì)其加壓和加熱來把復(fù)合材料帶粘結(jié)到需要的地方。但是，當(dāng)不能加壓和加熱時(shí)，則在復(fù)合材料帶10的至少一個(gè)表面上形成粘結(jié)層。
復(fù)合材料帶10通常是板形的，并且根據(jù)復(fù)合材料帶10所需的功能，可以將其制造成各種不同厚度和尺寸。例如，可以將復(fù)合材料帶10用作絕緣帶并連接到焊接于電極板的未涂覆區(qū)域以防止熱傳輸?shù)礁舭宓碾姌O接片上。當(dāng)復(fù)合材料帶10以這種方式使用時(shí)，它的厚度為約5μm至約200μm。如果復(fù)合材料帶10的厚度小于5μm，那么復(fù)合材料帶10的絕緣和絕熱特性減低。此外，如果復(fù)合材料帶10的厚度超過200μm，那么復(fù)合材料帶附著到電極組件的部分的厚度增大。
在一個(gè)實(shí)施例中，復(fù)合材料帶10包含約20至約80重量百分比的無機(jī)成分14。如果復(fù)合材料帶10包含小于20重量百分比的無機(jī)成分14，那么在有機(jī)基體12熔化時(shí)，無機(jī)成分14不能支撐復(fù)合材料帶10的結(jié)構(gòu)。此外，如果復(fù)合材料帶10包含超過80重量百分比的無機(jī)成分14，那么無機(jī)成分14的顆粒會(huì)從復(fù)合材料帶10的表面突出，從而使復(fù)合材料帶10的形狀不均勻，并且使得復(fù)合材料帶的強(qiáng)度降低。
此外，復(fù)合材料帶10包含約20至約80體積百分比的無機(jī)成分14?？商鎿Q地，復(fù)合材料帶10包含約20至約50體積百分比的無機(jī)成分14。如果復(fù)合材料帶10包含小于20體積百分比的無機(jī)成分14，那么在有機(jī)基體12熔化時(shí)，無機(jī)成分14不能支撐復(fù)合材料帶10的結(jié)構(gòu)。此外，如果復(fù)合材料帶10包含超過80體積百分比的無機(jī)成分14，那么復(fù)合材料帶10形成不均勻的形狀。
無機(jī)成分與有機(jī)基體的比率可以根據(jù)所需的復(fù)合材料帶10的應(yīng)用和功能有所改變。
復(fù)合材料帶10的有機(jī)基體12決定復(fù)合材料帶10的抗張強(qiáng)度、延展性和機(jī)械特性。此外，有機(jī)基體12決定有機(jī)基體12不會(huì)熔化的相對(duì)低的溫度下的復(fù)合材料帶10的絕熱和耐熱特性。因此，有機(jī)基體12包括具有適于所需的復(fù)合材料帶10應(yīng)用的基本物理特性的材料。此外，由于有機(jī)基體12接觸二次電池中的電解液，所以有機(jī)基體12包括具有優(yōu)良耐電解液性能的材料。例如，有機(jī)基體12可以包括選自由PI(聚酰亞胺)，PET(聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯)，PP(聚丙烯)，PE(聚乙烯)，PPS(聚苯硫醚)，PE(聚乙烯)，PPE(聚苯醚)及其混合物組成的組中的材料。
無機(jī)成分14形成為粉末，并且分散在復(fù)合材料帶10的有機(jī)基體12中。無機(jī)成分粉末保持復(fù)合材料帶10在高溫條件下的的絕緣和絕熱特性。
此外，無機(jī)成分14包括具有高熔點(diǎn)的非傳導(dǎo)性材料，比如非金屬材料。例如，無機(jī)成分14可以包括選自由Al2O3，TiO2，ZrO2，SiO2，MnO2，MgO及其混合物組成的組中的氧化物，或者包括選自由Si3N4，BN及其混合物組成的組中的氮化物。無機(jī)成分14包括具有適于所需的復(fù)合材料帶10功能和應(yīng)用的材料。例如，復(fù)合材料帶10可以用作連接到從袋型二次電池的袋伸出的電極接片上的絕緣帶。當(dāng)用在這種方式中時(shí)，帶10使電極接片與袋絕緣，并且無機(jī)成分14包括具有良好熱傳導(dǎo)和絕緣特性的Al2O3。
分散在有機(jī)基體12中的無機(jī)成分粉末顆?？梢灾圃斐筛鞣N形狀，例如球形、晶須狀或片狀。此外，無機(jī)成分14形成對(duì)應(yīng)于復(fù)合材料帶10厚度的尺寸。例如，當(dāng)無機(jī)成分14形狀為球形時(shí)，無機(jī)成分14具有小于復(fù)合材料帶10厚度的一半的直徑。在另一實(shí)施例中，球形的無機(jī)成分14具有小于復(fù)合材料帶10厚度的1/10的直徑。此外，當(dāng)無機(jī)成分14的形狀為片狀或晶須狀時(shí)，無機(jī)成分14具有小于復(fù)合材料帶10厚度的一半的厚度。在另一實(shí)施例中，片狀和晶須狀的無機(jī)成分14具有小于復(fù)合材料帶10厚度的1/10的厚度。如果無機(jī)成分14的直徑或厚度大于復(fù)合材料帶10厚度的一半，那么復(fù)合材料帶10具有不規(guī)則的表面，從而使復(fù)合材料帶10的粘著力降低。如果無機(jī)成分14的半徑或厚度大于復(fù)合材料帶10厚度的一半，那么無機(jī)成分14必須在有機(jī)基體12中排成列，以防止從復(fù)合材料帶10的表面突出。如果復(fù)合材料帶10的粘著力由于不規(guī)則表面而降低，那么復(fù)合材料帶10會(huì)在鋰二次電池的充電/放電過程中反復(fù)地收縮和膨脹。這可能使得復(fù)合材料帶10從希望的位置分離。此外，如果具有不規(guī)則表面的復(fù)合材料帶10用在袋型鋰二次電池的電極接片和袋之間，那么復(fù)合材料帶10的密封力減小。
相對(duì)于在不同鋰二次電池中的用途，現(xiàn)在將說明根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料帶的應(yīng)用。例如，在罐型鋰二次電池中，可以將復(fù)合材料帶附著到電極接片并連接到電極組件上?？商鎿Q地，帶可以應(yīng)用于電極組件的電極板的涂覆區(qū)域的一部分。在另一替換中，帶可以應(yīng)用于電極組件的隔板的兩端。
類似地，在袋型鋰二次電池中，可以將復(fù)合材料帶附著到從袋伸出的電極接片的一部分上?？商鎿Q地，帶可以附著在袋與保護(hù)電路模塊之間。
如圖2所示，鋰二次電池包括電極組件100，容納電極組件100的罐160，和用于密封罐160的開口160a的蓋組件170。罐160包括金屬材料，并且具有矩形或方形形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，罐160包括輕重量的、具有良好耐腐蝕性的金屬。這種金屬的一個(gè)非限制性實(shí)例是鋁。罐160包括開口160a，通過開口160a將電極組件100插入罐160中。蓋組件170密封罐160的開口160a。在把電解液注入到罐160中之后，密封罐160的開口160a。罐160充當(dāng)端子，并且通過蓋組件170電連接到電極組件100的正電極接片或負(fù)電極接片。
蓋組件170包括蓋板171，絕緣板172，端子板173和電極端子174。蓋組件170與單獨(dú)的絕緣殼179連接，并且裝配在罐160的開口160a上面，以密封罐160。電極端子174連接到電極組件100的第一電極接片146。但是，取決于鋰二次電池的結(jié)構(gòu)，可以將電極端子174連接到第二電極接片136，而不是第一電極接片146。
如圖3a，3b和4所示，電極組件100包括第一電極板140，第二電極板130，以及位于第一和第二電極板140和130之間的隔板150。第一和第二電極板140和130，以及隔板卷繞形成膠卷型電極組件。如前所述，第一電極板140是負(fù)電極板，第二電極板130是正電極板。但是，第一電極板140也可以是正電極板，而第二電極板130是負(fù)電極板。
此外，第一電極接片146在電極組件100的內(nèi)周邊的位置焊接到第一電極板140，并且從電極組件100伸出。第二電極接片136在電極組件100的外周邊的位置焊接到第二電極板130，并且從電極組件100伸出。如所使用的那樣，電極組件100的內(nèi)周邊部分位于卷繞的電極組件100的中心附近，電極組件100的外周邊位于卷繞的電極組件100的邊緣附近。
第一電極板140包括第一電極集電體142，涂覆區(qū)域144和第一電極接片146。第一電極板140還包括由復(fù)合材料帶10構(gòu)成的第一絕熱板120。
第一電極集電體142由薄銅箔構(gòu)成，并且涂覆區(qū)域144包括涂覆在第一電極集電體142的兩側(cè)的碳材料。此外，第一電極集電體具有在第一電極集電體142沒有涂覆碳材料的未涂覆區(qū)域143。
第一電極接片146可以包含鎳或鎳合金。第一電極接片146通過超聲波焊接固定到第一電極集電體142的未涂覆區(qū)域143，使得第一電極接片146位于卷繞的電極組件100的內(nèi)周邊。第一電極接片146從第一電極集電體142伸出，使得其伸出到電極組件100的外部。
第一絕熱板20附著到第一電極集電體142的未涂覆區(qū)域143，并且附著到該集電體的與焊接第一電極接片146的一側(cè)相反的一側(cè)。第一絕熱板接觸第一電極集電體142的面積大于電極接片146接觸該集電體的面積。
第一絕熱板120由上述的復(fù)合材料帶10構(gòu)成，并且具有良好的絕熱和耐熱特性。第一絕熱板120位于第一電極集電體142的未涂覆區(qū)域143上與焊接第一電極接片146的一側(cè)相反的一側(cè)，從而屏蔽由第一電極接片146產(chǎn)生的熱。從第一電極接片146產(chǎn)生的熱因而不會(huì)傳遞到隔板150和第二電極板130。通常會(huì)從電極板的焊接有電極接片的部分產(chǎn)生大量的熱。特別是，第一電極接片146與作為負(fù)電極板的第一電極板140之間的部分會(huì)在電極組件100中產(chǎn)生大量的熱。由于第一絕熱板120位于電極組件100的內(nèi)周邊中，相當(dāng)大的熱量作用在第一絕熱板120上。因此，第一絕熱板120含有大量無機(jī)材料，以便在高溫條件下保持所需的特性。
第一絕熱板120由復(fù)合材料帶10構(gòu)成，所以即使有機(jī)基體12由于第一電極接片146產(chǎn)生的熱而熔化，第一絕熱板20也能保持其形狀。因此，第一絕熱板120可以通過防止熱傳遞到隔板150的熱而執(zhí)行絕熱功能。
第二電極板130包括包含涂覆區(qū)域134的第二電極集電體132，和第二電極接片136。第二電極集電體132包含鋁箔，并且在涂覆區(qū)域134的兩側(cè)涂有鋰基氧化物。此外，第二電極集電體132包括其上沒有涂覆鋰基氧化物的未涂覆區(qū)域133。
第二電極接片136通過超聲波焊接或激光焊接固定在位于第二電極集電體132一端上的未涂覆區(qū)域133上。第二電極接片136從第二電極集電體132伸出。第二電極接片136包含鎳或鎳合金。
圖5顯示可替換的電極組件。如圖5所示，電極組件400包括第一電極板440，第二電極板430和位于第一電極板440和第二電極板430之間的隔板450。第一電極板440和第二電極板430以及隔板450被卷繞形成膠卷型的電極組件。第一電極板440和第二電極板430分別包括第一和第二絕熱板420和422。第一絕熱板420和第二絕熱板422分別附著到集電體的與焊接有電極接片的一側(cè)相反的一面上。
第二電極接片136位于卷繞的電極組件400的外周邊，使得電極組件400中產(chǎn)生的熱向罐傳遞。但是，如果在電極組件400中快速產(chǎn)生熱，那么一部分熱可能向隔板450和第一電極板440傳遞，從而造成對(duì)隔板450的損壞。提供第二絕熱板422來防止隔板450損壞。第二電極接片436位于卷繞的電極組件400的外周邊，并且產(chǎn)生較小量的、易于釋放的熱。因此，第二絕熱板422可以比第一絕熱板420薄。
圖6顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例。如圖6所示，電極組件500包括第一電極板540，第二電極板530和位于第一和第二電極板540和530之間的隔板550。第一電極板540和第二電極板530分別包括附著到第一和第二電極接片546和536的第一和第二絕緣板525和527。第一和第二絕緣板525和527每個(gè)都由上述的復(fù)合材料帶10構(gòu)成。第一絕緣板525位于覆蓋第一電極接片546的第一電極板540上。類似地，第二絕緣板527位于覆蓋第二電極接片536的第二電極板530上。
第一和第二電極接片546和536是通過利用壓力機(jī)切割金屬板制造的。所以可能沿金屬板的邊緣形成毛刺。這些毛刺在焊接過程中可能損壞隔板550。此外，毛刺可能刺穿隔板550，從而造成第一和第二電極板540和530之間的短路。因此，將第一和第二絕緣板525和527附著在第一和第二電極接片546和536上面，從而防止毛刺暴露并防止損壞隔板150。此外，第一和第二絕緣板525和527可以防止熱傳遞到隔板550，從而防止隔板550熔化或皺縮。
圖7a和圖7b顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例。盡管圖7a和7b僅示出了第一電極板，但是應(yīng)該理解，絕緣層可以形成在第一和第二電極板二者上。
第一電極板640包括第一電極集電體642，其包括在電極集電體642的至少一個(gè)表面上的涂覆區(qū)域644，和在第一電極集電體642上的未涂覆區(qū)域643，和附著到涂覆區(qū)域644的突起645的絕緣帶625。此外，第一電極接片646位于未涂覆區(qū)域643的一側(cè)。盡管圖7a和7b顯示涂覆區(qū)域644僅在第一電極集電體642的一個(gè)表面上，但是，應(yīng)該理解涂覆區(qū)域644也可以在第一電極集電體642的兩個(gè)表面上。
絕緣帶625由上述復(fù)合材料帶10構(gòu)成。由于絕緣帶625應(yīng)該在高溫條件下表現(xiàn)出改進(jìn)的絕緣特性，因此增加無機(jī)成分對(duì)有機(jī)基體的重量比率。絕緣帶625形成對(duì)應(yīng)于突起645尺寸和形狀的尺寸和形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，例如絕緣帶625覆蓋突起645的整個(gè)區(qū)域。絕緣帶625附著到突起645，以防止在卷繞電極組件時(shí)突起645損壞隔板。
當(dāng)把碳材料涂覆在第一電極電體642上以形成涂覆區(qū)域644時(shí)形成突起645。突起645會(huì)由于漿料結(jié)塊而形成在第一電極集電體642的涂覆區(qū)域644的兩端。當(dāng)在電極組件的卷繞過程中將壓力施加到電極組件時(shí)，壓力局部地集中在突起645上。結(jié)果，突起645可能損壞隔板。因此，將絕緣帶625覆蓋突起645，以便防止突起645與隔板接觸。
圖8顯示本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。如圖8所示，電極組件700包括第一電極板740，第二電極板730和隔板750。絕緣帶725附著到隔板750的一部分上。
絕緣帶725的厚度對(duì)應(yīng)于第一電極板740的厚度，并且其寬度足以覆蓋第一電極集電體742的未涂覆區(qū)域743的一部分。絕緣帶725由上述的復(fù)合材料帶10構(gòu)成。絕緣帶725應(yīng)該在高溫條件下保持其形狀以防止隔板750收縮。所以增加有機(jī)基體對(duì)無機(jī)成分的重量比率。絕緣帶725附著到隔板750的一部分上，使得當(dāng)卷繞電極組件時(shí)，絕緣帶725接觸第一電極集電體742的未涂覆區(qū)域743的一端。由于隔板750分別位于第一和第二電極板740和730的兩側(cè)上，所以將絕緣帶725附著到每個(gè)隔板750的一側(cè)。絕緣帶725可以支撐隔板750，使得隔板750在受熱時(shí)不容易皺縮。因此，隔板750和絕緣帶725可以穩(wěn)定地使第一電極板740與第二電極板730絕緣。
當(dāng)?shù)谝浑姌O板140用作負(fù)電極板時(shí)，第一電極接片146是負(fù)電極接片。該負(fù)電極接片附著在電極組件的內(nèi)周邊，并且負(fù)電極接片146的焊接到負(fù)電極板740的部分在電極組件700中產(chǎn)生最大量的熱。因此，將絕緣帶725附著到隔板150的對(duì)應(yīng)于第一電極集電體142的未涂覆區(qū)域743的一端。在此位置定位絕熱板可以有效地防止隔板750皺縮。
在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣帶725粘結(jié)到隔板750的不與第二電極集電體732的未涂覆區(qū)域733接觸的部分。但是，在隔板750對(duì)應(yīng)于負(fù)電極接片746的部分會(huì)產(chǎn)生皺縮。因此，將絕緣帶725附著到隔板750與第一電極集電體742的未涂覆區(qū)域743接觸的區(qū)域，以防止隔板750與連接有第一電極接片746的未涂覆區(qū)域743直接接觸。因此，絕緣帶725可以有效地防止熱傳遞到隔板750，從而防止隔板750皺縮。此外，也可以將絕緣帶725附著到隔板750與第二電極集電體732的未涂覆區(qū)域733接觸的部分。
圖9a和9b顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的袋型鋰二次電池200。如圖9a和9b所示，袋型鋰二次電池200包括袋210和包含在袋210中的電極組件230。
袋210包括第一區(qū)域212和第二區(qū)域213。第一區(qū)域212是矩形形狀的，并且可相對(duì)于第二區(qū)域213折疊。此外，第二區(qū)域213具有用于包含電極組件230的空腔216。空腔216可以通過沖壓等形成。袋210一般包括金屬箔214，其具有疊層在金屬箔214兩個(gè)表面上的聚合物膜215。因此，在對(duì)袋210進(jìn)行加壓和加熱時(shí)，聚合物層215熔化，從而使第一和第二區(qū)域212和213粘結(jié)在一起。
電極組件230具有一種包括正電極板231，隔板233和負(fù)電極板235的多層結(jié)構(gòu)。正電極板231和負(fù)電極板235，以及隔板233卷繞形成膠卷型的電極組件。電極組件230包含在袋210的空腔216中。在把電極組件230放置在袋210的空腔216中之后，第一和第二區(qū)域212和213密封在一起。
正電極接片237連接到正電極板231，負(fù)電極接片238連接到負(fù)電極板235。正電極接片237和負(fù)電極接片238伸出到袋210的外部，并且與外部設(shè)備電連接。正電極接片237和負(fù)電極接片238沿垂直于電極組件230卷繞方向的方向從電極組件伸出。
絕緣帶225附著到正和負(fù)電極接片237和238的與袋210接觸的部分。絕緣帶225分別附著到正和負(fù)電極接片237和238的外表面。當(dāng)袋210受熱時(shí)，絕緣帶50也被加熱，從而使絕緣帶225熔化并且疊層在正和負(fù)電極接片237和238的外表面上。因此，絕緣帶225與伸出到袋210外部的正和負(fù)電極接片237和238絕緣。絕緣帶225由上述的復(fù)合材料帶10構(gòu)成。由于對(duì)袋210進(jìn)行加熱加壓而密封袋210，所以絕緣帶225應(yīng)該具有在高溫條件下的優(yōu)良絕緣特性。為此，增加無機(jī)成分對(duì)有機(jī)基體的重量比。因此，帶中的無機(jī)成分能夠使絕緣帶225在高溫條件下保持絕緣特性。在對(duì)袋210加熱加壓之后，正和負(fù)電極接片237和238的與袋接觸的部分受到相對(duì)高的壓力，致使袋210的聚合物膜215變形，造成金屬箔214暴露。因此，絕緣帶225使金屬箔214與正和負(fù)電極接片237和238絕緣。
圖10a和10b顯示根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的袋型鋰二次電池800。如圖10a和10b所示，袋型鋰二次電池800包括包含在袋810中的電極組件，分別從袋810伸出的第一和第二電極接片837和838，電連接到電極接片837和838的保護(hù)電路模塊850，和連接在袋810與保護(hù)電路模塊850之間的絕熱帶860。
保護(hù)電路模塊850穩(wěn)定地安裝在袋810的一部分上，并且連接到第一和第二電極接片237和238。絕熱帶60是板形的，并且連接在袋810與保護(hù)電路模塊850之間，以便將保護(hù)電路模塊850固定到袋810。此外，絕熱帶860防止熱傳遞到保護(hù)電路模塊850。絕熱帶860形成對(duì)應(yīng)于保護(hù)電路模塊850尺寸和形狀的尺寸和形狀。由于絕熱帶860防止熱傳遞到保護(hù)電路模塊850，所以保護(hù)電路模塊850可以在相對(duì)較低的溫度條件下正常工作。絕熱帶860由上述的復(fù)合材料帶10構(gòu)成。在絕熱帶860的兩側(cè)表面上形成粘結(jié)層。此外，當(dāng)絕熱帶860附著到具有相對(duì)較低溫度的袋810的一部分上時(shí)，應(yīng)該增加有機(jī)基體對(duì)無機(jī)成分的重量比率。
圖11是顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的包型鋰二次電池。如圖11所示，包型鋰二次電池300包括包310，保護(hù)電路模塊320，容器330和粘結(jié)帶370。
包310包括罐，并且容納包括正電極板、負(fù)電極板和隔板的電極組件。此外，在把電解液注入到罐中之后，密封包310。正電極板和負(fù)電極板分別通過引線板312和314電連接到保護(hù)電路模塊320。保護(hù)電路模塊320包括用于將保護(hù)電路模塊連接到外部設(shè)備的連接端子322。
容器330包括第一殼體332和第二殼體334。當(dāng)?shù)谝缓偷诙んw結(jié)合時(shí)，它們形成一個(gè)空腔。此外，在第一殼體332或第二殼體334中形成有端子連接狹槽336，以暴露連接端子322。包310和保護(hù)電路模塊320穩(wěn)定地包含在容器330中。第一殼體332與第二殼體334通過熱的方式連接，從而密封容器330。
粘結(jié)帶370位于第二殼體334與包310之間?？商鎿Q的是，粘結(jié)帶370位于第一殼體332與包310之間。粘結(jié)帶370由上述的復(fù)合材料帶10構(gòu)成。在粘結(jié)帶370的兩側(cè)表面上包括粘結(jié)層。此外，粘結(jié)帶370迅速地將包310產(chǎn)生的熱傳遞到容器330，從而防止鋰二次電池的溫度過度升高。
粘結(jié)帶370的無機(jī)成分包括具有優(yōu)良熱傳導(dǎo)性的Al2O3。此外，由于粘結(jié)帶370包括粘結(jié)層，所以有機(jī)基體的主要功能是對(duì)于粘結(jié)帶370的形狀的支撐，而不是充當(dāng)粘結(jié)劑。因此，應(yīng)該增加無機(jī)成分對(duì)有機(jī)基體的重量比率。
應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于所描述的示例性實(shí)施例，而是包括執(zhí)行絕緣和絕熱功能的各種帶。此外，本發(fā)明的復(fù)合材料帶不僅可以用于所描述的方性和袋型鋰二次電池，而且也可以用于圓柱形和紐扣型鋰二次電池和一次電池。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合材料帶的絕緣和絕熱特性不會(huì)由于鋰二次電池產(chǎn)生的熱而降低。因此，可以顯著提高鋰二次電池的安全性。此外，即使在充電/放電操作過程中或電極短路而造成有機(jī)基體熔化的情況下，由于帶中的無機(jī)成分保持不變，所以也能穩(wěn)定地保持復(fù)合材料帶的絕緣特性或絕熱特性。因此，本發(fā)明的復(fù)合材料帶可以防止額外的短路。
盡管為了舉例說明的目的，僅說明了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知道，在不脫離附屬權(quán)利要求中提出的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，可以對(duì)其進(jìn)行各種修改、增加和替代。
權(quán)利要求
1.一種用于鋰二次電池的復(fù)合材料帶，該復(fù)合材料帶包括有機(jī)基體；和分散在該有機(jī)基體中的至少一種無機(jī)成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶，還包括至少一個(gè)粘結(jié)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶，其中所述有機(jī)基體包括選自由聚酰亞胺(PI)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚乙烯(PE)和聚苯醚(PPE)組成的組中的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶，其中所述無機(jī)成分包括選自由氧化物和氮化物組成的組中的材料，其中所述氧化物從由Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2、MnO2、MgO及其混合物組成的組中選擇，所述氮化物從由Si3N4、BN及其混合物組成的組中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶，其中所述無機(jī)成分具有選自由球形、晶須狀和片狀組成的組中的形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料帶，其中球形無機(jī)成分的直徑小于復(fù)合材料帶厚度的一半，并且晶須狀或片狀無機(jī)成分的厚度小于復(fù)合材料帶厚度的一半。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶，其中該復(fù)合材料帶包含約20至約80重量百分比的無機(jī)成分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶，其中該復(fù)合材料帶包含約20至約80體積百分比的無機(jī)成分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料帶，其中該復(fù)合材料帶包含約20至約50體積百分比的無機(jī)成分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料帶，其中該復(fù)合材料帶具有約5μm至約200μm的厚度。
11.一種鋰二次電池，包括電極組件，包括具有第一電極集電體的第一電極板，該第一電極集電體包括涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域；具有第二電極集電體的第二電極板，該第二電極集電體包括涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域；和位于第一與第二電極板之間的隔板；連接到第一電極集電體的未涂覆區(qū)域的第一表面的第一電極接片；連接到第二電極集電體的未涂覆區(qū)域的第二表面的第二電極接片；連接到第一電極集電體的未涂覆區(qū)域的第二表面的第一絕熱板，其中該第一絕熱板包括有機(jī)基體和分散在該有機(jī)基體中的至少一種無機(jī)成分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋰二次電池，還包括連接到第二電極集電體的未涂覆區(qū)域的第二表面的第二絕熱板，其中該第二絕熱板包括有機(jī)基體和分散在該有機(jī)基體中的至少一種無機(jī)成分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋰二次電池，其中該第一和第二絕熱板每個(gè)都包括根據(jù)權(quán)利要求2的復(fù)合材料帶。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋰二次電池，其中該復(fù)合材料帶的有機(jī)基體包括選自由聚酰亞胺(PI)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚乙烯(PE)和聚苯醚(PPE)組成的組中的材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋰二次電池，其中該復(fù)合材料帶的無機(jī)成分包括選自由氧化物和氮化物組成的組中的材料，其中所述氧化物從由Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2、MnO2、MgO及其混合物組成的組中選擇，所述氮化物從由Si3N4、BN及其混合物組成的組中選擇。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋰二次電池，其中該復(fù)合材料帶包含約20至約80重量百分比的無機(jī)成分
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋰二次電池，其中該復(fù)合材料帶包含約20至約80體積百分比的無機(jī)成分。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋰二次電池，其中該第二絕熱板的厚度小于第一絕熱板的厚度。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋰二次電池，還包括覆蓋正電極接片的第一絕緣層和覆蓋負(fù)電極接片的第二絕緣層。
20.一種鋰二次電池，包括電極組件，包括具有涂覆區(qū)域的第一電極板，該涂覆區(qū)域具有至少一個(gè)突起，具有涂覆區(qū)域的第二電極板，該涂覆區(qū)域具有至少一個(gè)突起，和位于該第一與第二電極板之間的隔板；以及用于覆蓋第一和第二電極板的涂覆區(qū)域上的所述至少一個(gè)突起的絕緣帶，其中該絕緣帶包括具有有機(jī)基體和分散在該有機(jī)基體中的無機(jī)成分的復(fù)合材料帶。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的鋰二次電池，其中該絕緣帶包括根據(jù)權(quán)利要求2的復(fù)合材料帶。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鋰二次電池，其中該復(fù)合材料帶的有機(jī)基體包括選自由聚酰亞胺(PI)、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯(PP)、聚苯硫醚(PPS)、聚乙烯(PE)和聚苯醚(PPE)組成的組中的材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鋰二次電池，其中該復(fù)合材料帶的無機(jī)成分包括選自由氧化物和氮化物組成的組中的材料，其中所述氧化物從由Al2O3、TiO2、ZrO2、SiO2、MnO2、MgO及其混合物組成的組中選擇，所述氮化物從由Si3N4、BN及其混合物組成的組中選擇。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鋰二次電池，其中該復(fù)合材料帶包含約20至約80重量百分比的無機(jī)成分
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的鋰二次電池，其中該復(fù)合材料帶包含約20至約80體積百分比的無機(jī)成分。
26.一種鋰二次電池，包括卷繞的電極組件，包括具有第一電極集電體的第一電極板，該第一電極集電體具有涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域，具有第二電極集電體的第二電極板，該第二電極集電體具有涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域，和位于第一和第二電極板之間的隔板；連接到第一電極集電體的未涂覆區(qū)域的第一電極接片；連接到第二電極集電體的未涂覆區(qū)域的第二電極接片；和連接到隔板的對(duì)應(yīng)于第二電極集電體的未涂覆區(qū)域的位置處的第一絕緣帶，該絕緣帶位于卷繞的電極組件的內(nèi)周邊，其中該絕緣帶包括具有有機(jī)基體和分散在該有機(jī)基體中的至少一種無機(jī)成分的復(fù)合材料帶。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的鋰二次電池，其中該第一絕緣帶包括根據(jù)權(quán)利要求2的復(fù)合材料帶。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的鋰二次電池，其中該第一絕緣帶連接到隔板的不與第二電極集電體的未涂覆區(qū)域接觸的區(qū)域。
29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的鋰二次電池，進(jìn)一步包括連接到隔板的對(duì)應(yīng)于第一電極集電體的未涂覆區(qū)域的區(qū)域上的第二絕緣帶，該第二絕緣帶的一部分被連接到第一電極集電體的涂覆區(qū)域的一部分上，該第二絕緣帶位于卷繞的電極組件的外周邊。
30.一種袋型二次電池，包括卷繞的電極組件，包括具有第一電極集電體的第一電極板，該第一電極集電體具有涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域，具有第二電極集電體的第二電極板，該第二電極集電體具有涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域，和位于第一和第二電極板之間的隔板；連接到第一電極集電體的未涂覆區(qū)域的第一電極接片；連接到第二電極集電體的未涂覆區(qū)域的第二電極接片；用于包含卷繞的電極組件的袋，其中第一和第二電極接片每個(gè)的一部分從袋伸出；和連接到第一電極接片與袋接觸的部分的第一絕緣帶，其中該第一絕緣帶包括具有有機(jī)基體和分散在該有機(jī)基體中的至少一種無機(jī)成分的復(fù)合材料帶。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的袋型二次電池，其中該第一絕緣帶包括權(quán)利要求2的復(fù)合材料帶。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的袋型二次電池，進(jìn)一步包括連接到第二電極接片與袋接觸的部分的第二絕緣帶，其中該第二絕緣帶包括權(quán)利要求2的復(fù)合材料帶。
33.一種袋型二次電池，包括卷繞的電極組件，包括具有第一電極集電體的第一電極板，該第一電極集電體具有涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域，具有第二電極集電體的第二電極板，該第二電極集電體具有涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域，和位于第一和第二電極板之間的隔板；連接到第一電極集電體的未涂覆區(qū)域的第一電極接片；連接到第二電極集電體的未涂覆區(qū)域的第二電極接片；電連接到該電極組件的保護(hù)電路模塊；和位于電極組件和保護(hù)電路模塊之間的第一絕熱帶，其中該絕熱帶包括具有有機(jī)基體和分散在該有機(jī)基體中的至少一種無機(jī)成分的復(fù)合材料帶。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的袋型二次電池，其中該絕熱帶包括權(quán)利要求2的復(fù)合材料帶。
35.一種包型二次電池，包括卷繞的電極組件，包括具有第一電極集電體的第一電極板，該第一電極集電體具有涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域，具有第二電極集電體的第二電極板，該第二電極集電體具有涂覆區(qū)域和未涂覆區(qū)域，和位于第一和第二電極板之間的隔板；連接到第一電極集電體的未涂覆區(qū)域的第一電極接片；連接到第二電極集電體的未涂覆區(qū)域的第二電極接片；電連接到該電極組件的保護(hù)電路模塊；用于包含電極組件和保護(hù)電路模塊的容器，該容器包括第一和第二殼體；和位于電極組件與第一或第二殼體之間的粘結(jié)帶，其中該粘結(jié)帶包括權(quán)利要求2的復(fù)合材料帶。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的包型二次電池，其中該粘結(jié)帶的無機(jī)成分包括Al2O3。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種復(fù)合材料帶以及使用這種復(fù)合材料帶的鋰二次電池。該復(fù)合材料帶包括有機(jī)基體和分散在有機(jī)基體中的至少一種無機(jī)成分。本發(fā)明的復(fù)合材料帶可呈現(xiàn)提高的絕緣和耐熱特性。
文檔編號(hào)C08L71/00GK1753204SQ20051010498
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者金川洙, 林鴻燮, 李相沅 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社