專利名稱：一種鋰離子電池的電極組件及使用該組件的鋰離子電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰離子電池的電極組件和使用該組件的鋰離子電池，更具體地，涉及一種鋰離子電池的電極組件，其具有改進的電流關(guān)閉機構(gòu)，在過電流的條件下可保護電池；和一種使用該電極組件的鋰離子電池背景技術(shù)一般地，蓄電池要能夠再充電，實現(xiàn)小型化以及有較大容量。隨著電子裝置如移動電話、筆記本電腦或便攜攝相機的發(fā)展，對作為便攜電子裝置電源的鋰蓄電池正在進行活躍的研究。鋰蓄電池的典型示例包括鎳鎘(Ni-Cd)電池，鎳金屬氫化物(Ni-MH)電池，鋰氫(LiH)電池，鋰蓄電池等。特別地，電壓為3.6V的鋰蓄電池得到快速發(fā)展，這是因為與鎳鎘(Ni-Cd)電池或鎳金屬氫化物(Ni-MH)電池相比，鋰蓄電池具有優(yōu)秀的單位重量的能量密度鋰蓄電池可以根據(jù)所用電解液分為液體電解液電池和聚合物電解液電池。使用液體電解液的電池一般指鋰離子電池。使用聚合物電解液的電池是指鋰聚合物電池。鋰蓄電池可以制造成各種形狀，一般有圓柱形和矩形。近年來鋰聚合物電池已經(jīng)制造出帶有柔性的袋狀。
但是，鋰蓄電池在安全性上還有許多問題。在氧化鋰用作正電極活性材料，碳材料用作負電極活性材料，以及有機電解溶劑用作電解液的鋰離子電池中，當電池過度充電時，電解液在正電極分解，金屬鋰可在負電極沉淀。結(jié)果是，電池特性下降并存在過熱或燃燒的危險。另外，在過度充電期間，同時進行的電化學反應可造成各種發(fā)熱反應，負電極的固體電解液界面(SEI)層分解并釋放出氣體，使電池膨脹并使電池的內(nèi)部狀態(tài)不穩(wěn)定，導致電池破壞或爆炸。
為了克服這些問題，提出了各種方法，包括安裝能夠在過電流的情況下切斷電流的電流中斷器。
圖1是傳統(tǒng)的矩形鋰離子電池的示意性截面圖。
參考圖1，鋰離子電池10的結(jié)構(gòu)包括電池單元11，其具有順序疊放和纏繞的正電極，隔板和負電極，電池單元位于殼體12中，殼體連接到正電極，蓋板組件13安裝在殼體12上面，然后殼體12和蓋板組件13通過焊接互相密封。絕緣板14安裝在電池單元11的上和下部，為了防止電池單元11接觸蓋板組件13和殼體12。
蓋板組件13包括焊接到殼體12上部的正電極板15，和設(shè)置到蓋板組件13中間的負電極板16。絕緣板17設(shè)置在正電極板1 5和負電極板16之間。鉚釘18穿過正電極板15的中心部分，電連接到電池單元11的負電極和引線19。鉚釘18通過間隔墊片21與正電極板15絕緣。
在具有上述結(jié)構(gòu)的鋰離子電池中，非水電解液通過位于正電極板15上的入口22注入電池，塞子插入入口22中然后焊接密封。
為了防止由于內(nèi)部壓力非正常增加造成鋰離子電池爆炸，帶有機械加工、蝕刻或電模制形成的槽的安全口23設(shè)置在蓋板組件13的正電極板15上。
當這樣的鋰離子電池通過導電材料與外部短接，將有過電流流過，造成加熱通道，出現(xiàn)爆炸的危險。為了克服這個問題，如圖2所示，限流器25設(shè)置在殼體24的底表面，保證了安全，防止發(fā)生爆炸。當鋰離子電池發(fā)熱時，限流器25的導電性質(zhì)由于加熱而急劇下降，因此可防止電池爆炸。在圓柱形蓄電池中，當蓋板組件是卡在殼體的上部時，限流器25很容易安裝到電池內(nèi)部。在矩形蓄電池的情況下，蓋板組件和殼體通過激光焊接到一起，限流器應安裝在電池的外側(cè)，如圖2所示，這意味著對于單位電池，矩形蓄電池要求設(shè)置另外的元件。結(jié)果是，電池的有效高度減少了限流器25的高度。因此，盡管可保證過電流下的安全，傳統(tǒng)矩形蓄電池的容量不可避免地減小。另外，由于限流器暴露在電池外面，使傳統(tǒng)的蓄電池在結(jié)構(gòu)上不穩(wěn)定。此外，為了安裝這種限流器，另外的工藝如在限流器和蓋板組件之間的焊接是必要的，或需要有蓋板組件支撐件，這些導致制造性能變差。
韓國專利申請No.1999-84594公開了具有安裝在負電極板上的凹進的限流器的電池，可以保證這種電池的容量不減少。但是，所公開的電池仍有要求另外的工藝步驟來安裝限流器的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種鋰離子電池的電極組件，其具有改進的電流中斷機構(gòu)，通過這種中斷機構(gòu)，電池的容量可以增加并同時保證安全性；以及使用這種電極組件的鋰離子電池。
在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種鋰離子電池的電極組件，其具有包括順序疊放和纏繞的正電極板、隔板、負電極板的電池單元，電連接到正電極板的正電極引線從正電極板引出，電連接到負電極板的負電極引線從負電極板引出，并具有可在過電流的情況下斷開的中斷器。
負電極引線的電流中斷器的截面積通過電流中斷器的兩邊形成的相對的缺口或在電流中斷器的兩個表面上形成的互相相對的溝槽來減少。電流中斷器的截面積最好是相鄰部分的0.2到0.9倍。
負電極板引線是用銅或鎳制成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種包括電極組件的鋰離子電池，電極組件包括電池單元，其具有包括順序疊放和纏繞的正電極板、隔板、負電極板；電連接到正電極板的正電極引線從正電極板引出，電連接到負電極板的負電極引線，其具有可在過電流的情況下斷開的中斷器；容納電極組件的殼體，和焊接到殼體上部的蓋板組件，其具有電連接到電極組件的負電極引線的負電極端子。
殼體是圓柱形的或矩形的。


通過下面結(jié)合附圖詳細介紹的優(yōu)選實施例，對本發(fā)明的上述方面和許多優(yōu)點可有更全面了解，其中，圖1是傳統(tǒng)鋰離子電池的示意性截面圖；圖2是圖1所示的傳統(tǒng)鋰離子電池的電流中斷器的示意性平面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池的電極組件的透視圖；圖4是圖3所示的的鋰離子電池的電極組件的分解透視圖；圖5A是圖3所示的部分A的第一示例的部分放大圖；圖5B是圖3所示的部分A的第二示例的部分放大圖；圖5C是圖3所示的部分A的第三示例的部分放大圖；圖5D是圖3所示的部分A的第四示例的部分放大圖；圖5E是圖3所示的部分A的第五示例的部分放大圖；圖5F是圖3所示的部分A的第六示例的部分放大圖；圖6A是根據(jù)本發(fā)明的矩形鋰離子電池的剖視圖；圖6B是圖6A所示的矩形鋰離子電池的分解透視圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細介紹。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例的鋰離子電池的電極組件的透視圖。
參考圖3，電極組件30包括電池單元34，電池單元具有順序疊放和纏繞的正電極板31，隔板32和負電極板33；電連接到正電極板31的正電極引線35從正電極板31引出，電連接到負電極板33的負電極引線36從負電極33引出。電流中斷器36a設(shè)置在負電極引線36，當過電流流過時斷開。電流中斷器36a的截面積小于相鄰部分的面積，所以當過電流流過時可成為電阻器，產(chǎn)生熱量。因此，電流中斷器36a部分熔化，導致斷開，因此，斷開了過電流。
圖4是用于本發(fā)明的電極組件的電池單元的果凍卷形狀的分解透視圖。
參考圖3和4，正電極板31包括正電極電流集電器31a，是用片狀金屬箔制成；和正電極活性材料層31b，其至少涂復在正電極電流集電器31a的一個表面上。正電極電流集電器31a最好由具有很好的導電性的鋁箔制成。對于正電極活性材料層31b，適合采用包括氧化鋰、粘接劑、可塑劑和導電材料的復合材料。在正電極板31中，正電極引線35連接到正電極未涂復區(qū)域31c，具有預定寬度的保護帶35a纏繞在正電極引線35的外表面。
負電極板33包括負電極電流集電器33a，是用片狀金屬箔制成；和負電極活性材料層33b，其至少涂復在負電極電流集電器33a的一個表面上。負電極電流集電器33a最好由具有很好導電性的銅箔制成。對于負電極活性材料層33b，適合采用包括作為負電極活性材料的碳材料、粘接劑、可塑劑和導電材料的復合材料。在負電極板33中，負電極引線36連接到負電極未涂復區(qū)域33c，保護帶35a纏繞在負電極引線36的外表面。
正和負電極引線35和36分別電連接到正和負電極的非涂復區(qū)域31c和33c。為此，正和負電極引線35和36通過焊接，如激光焊接或超聲波焊接，或使用導電粘接劑，連接到正和負電極的非涂復區(qū)域31c和33c。
正電極板31、隔板32和負電極板33以果凍卷的形式纏繞，形成電池單元34。
圖5A是圖3所示部分A的放大圖。參考圖5A，由于負電極36的電流中斷器36a具有減少的截面積，在過電流的情況下可造成斷開。根據(jù)這個實施例，為了減少截面積，在負電極引線36的兩邊的相對處形成缺口。
參考顯示電流中斷器36a的另一示例的圖5B，負電極引線36具有在負電極引線36的兩個表面上形成的相對的溝槽，以減少截面積。
參考圖5C，通過在負電極引線36兩邊的相對處形成缺口和在負電極引線36的兩個表面上形成相對的溝槽，使電流中斷器36a的截面積減少。
參考圖5D，通過將負電極引線36的預定部分的寬度減少預定的數(shù)量，而不是在電流中斷器36a上形成缺口和溝槽，以減少電流中斷器36a的截面積。
參考圖5E，通過使負電極引線36的電流中斷器薄于其他部分，減少電流中斷器36a的截面積。
參考圖5F，通過在電流中斷器36a上形成孔36b以減少電流中斷器36a的截面積?？?6b的尺寸和形狀在不削弱負電極引線36的結(jié)構(gòu)強度的范圍內(nèi)隨意確定。
為了在負電極引線36上形成電流中斷器36a，電流中斷器36a的截面積也可通過上述方法外的其他方法來減少。如果電流中斷器36a的截面積過于減小，可能會削弱結(jié)構(gòu)強度。但是，如果電流中斷器36a的截面積減少的不夠，所希望的過電流時的斷開可能不會出現(xiàn)。因此，電流中斷器36a的截面積最好是相鄰部分的0.2到0.9倍。電流中斷器36a的截面積的適當范圍可考慮電池的容量和所用材料的特性來確定。
如上所述，電流中斷器36可由于截面積減少造成電阻增加而出現(xiàn)中斷。為此，很重要的是選擇適當?shù)牟牧?，最好是用銅、鎳或其合金。
圖6A是根據(jù)本發(fā)明的具有矩形殼體的鋰離子電池的剖視圖。圖6B是圖6A的鋰離子電池的分解透視圖。參考附圖，鋰離子電池60包括殼體61，容納在殼體61內(nèi)的電池單元62，和連接到殼體61上部的蓋板組件63。
殼體61是中空的矩形金屬材料制成，能夠用作端子。安全孔69安裝在殼體61的底表面，當由于鋰離子電池60不正常使殼體內(nèi)部壓力增加時可比其他部分更快地破壞。安全孔69是比殼體61薄的箔狀片，覆蓋在殼體61的底部形成的通孔。
容納在殼體61內(nèi)部的電池單元62包括正電極板62a，負電極板62c和隔板62b。正電極板62a，負電極板62c和隔板62b由帶狀材料形成。正電極板62a，負電極板62c和隔板62b順序?qū)盈B和纏繞。
正電極板62a包括由薄鋁箔制成的正電極電流集電器，和主要成分為氧化鋰的正電極活性材料，其涂復在集電器的兩個表面上。正電極引線64焊接到正電極板62a的正電極電流集電器的電極未涂復區(qū)域，該區(qū)域未涂復正電極活性材料層。正電極引線64相對電池單元64向上部分抽出。
負電極板62c包括由薄銅箔制成的負電極電流集電器，和主要成分為碳材料的負電極活性材料，其涂復在集電器的兩個表面上。負電極引線65焊接到負電極板62c的負電極電流集電器的電極未涂復區(qū)域，該區(qū)域未涂復負電極活性材料層。負電極引線65的預定區(qū)域設(shè)置了電流中斷器65a。
本發(fā)明中，正電極引線64和負電極引線65可設(shè)置為不同的極性。絕緣帶67圍繞電池單元62的一部分纏繞，以便防止正和負電極板62a和62c連接，其中正電極和負電極引線64和65從該部分抽出。
隔板62b由聚乙烯和聚丙烯復合材料膜形成。隔板62b最好比正電極板62a或負電極板62c寬，為了防止正和負電極板62a和62c之間短路。
蓋板63a設(shè)置在連接到殼體61上部的蓋板組件63。蓋板63a由平面形狀的金屬材料制成，其形狀和尺寸對應于殼體61的開口的形狀和尺寸。端子通孔63h具有預定的尺寸，在蓋板63a的中心形成。另外，電解液入口63f在蓋板63a的一側(cè)形成。球63g密封連接到電解液入口63f。
電極端子，即負電極端子63c，設(shè)置在端子通孔63h中并能插入其中。管狀墊片63b安裝在負電極端子63c的外表面，使負電極端子63c與蓋板63a絕緣。絕緣板63d安裝在蓋板63a的下面，端子板63e安裝在絕緣板63d的下面。
在負電極端子63c的外表面被墊片63d包圍的狀態(tài)下，負電極端子63c插入端子通孔63h。負電極端子63c的底部相對連接到殼體61的蓋板63a向下暴露，在絕緣板63d和端子板63e處于適當位置的狀態(tài)下，相對蓋板63a固定。負電極端子63c的底部電連接到端子板63e。
上述電池單元62安裝到絕緣殼66，使電池單元62與蓋板組件63電絕緣，并提供了通過電解液入口63f注入電解液的流道。絕緣殼66用具有絕緣性能的聚合物樹脂制成，最好是聚丙烯。
上面介紹的結(jié)構(gòu)也可以應用于具有圓柱形殼體的鋰離子電池。
如上所述，在根據(jù)本發(fā)明的鋰離子電池的電極組件和使用該電極組件的袋狀電池中，使用低粘度帶來形成電極組件，可防止電池在膨脹情況下扭曲，改進電池的性能和壽命特性，因此得到更可靠的鋰離子電池。
盡管通過參考優(yōu)選的實施例對本發(fā)明進行了詳細的顯示和說明，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應當理解，在不脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對本發(fā)明進行形式和細節(jié)的改進。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子電池的電極組件，包括電池單元，具有順序疊放和纏繞的正電極板，隔板和負電極板；正電極引線，電連接到所述正電極板并從所述正電極板引出；負電極引線，電連接到所述負電極板，并具有在過電流的情況下斷開的電流中斷器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述電流中斷器從所述負電極板導出，其截面積小于相鄰部分的截面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述負電極引線的電流中斷器的截面積通過所述電流中斷器兩邊上相對的缺口而減小。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極組件，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過在所述電流中斷器表面形成的相對的溝槽而減小。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極組件，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過使其厚度小于相鄰部分的厚度而減小。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極組件，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過形成孔而減小。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極組件，其特征在于，所述電流中斷器的截面積是相鄰部分截面積的0.2到0.9倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述負電極引線是用銅制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述負電極引線是用鎳制成。
10.一種鋰離子電池，包括電極組件，包括電池單元，具有順序疊放和纏繞的正電極板，隔板和負電極板；正電極引線，電連接到所述正電極板并從所述正電極板上引出；和負電極引線，電連接到所述負電極板并具有在過電流的情況下斷開的電流中斷器；容納所述電極組件的殼體；和蓋板，焊接到所述殼體的上端并具有電連接到所述電極組件的負電極引線的負電極端子。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鋰離子電池，其特征在于，所述殼體是圓柱形的。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的鋰離子電池，其特征在于，所述殼體是矩形的。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋰離子電池，其特征在于，所述電流中斷器是從所述負電極板引出，其截面積小于相鄰部分的截面積。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋰離子電池，其特征在于，所述電流中斷器是從所述負電極板引出，其截面積小于相鄰部分的截面積。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過所述電流中斷器兩邊上的相對的缺口而減小。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過所述電流中斷器兩邊上的相對的缺口而減小。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過在所述電流中斷器表面形成的相對的溝槽而減小。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過在所述電流中斷器表面形成的相對的溝槽而減小。
19.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過使其厚度小于相鄰部分的厚度而減小。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過使其厚度小于相鄰部分的厚度而減小。
21.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過形成孔而減小。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的鋰離子電池，其特征在于，所述負電極引線的所述電流中斷器的截面積通過形成孔而減小。
全文摘要
提出了一種鋰離子電池的電極組件和使用該電極組件的鋰離子電池。鋰離子電池的電極組件包括順序疊放和纏繞的正電極板，隔板，和負電極板，電連接到正電極板的正電極引線從正電極板上引出；電連接到負電極板的負電極引線，其具有在過電流的情況下斷開的電流中斷器。
文檔編號H01M10/04GK1495943SQ0312549
公開日2004年5月12日 申請日期2003年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月23日
發(fā)明者金昌燮 申請人:三星Sdi株式會社