專利名稱：電池單元以及采用了該單元的鋰二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰二次電池，具體涉及一種結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)改進(jìn)的電池單元，它能消除電極單元的扭曲，本發(fā)明還涉及一種采用了該電池單元的鋰二次電池。
背景技術(shù)：
隨著蜂窩電話、筆記本電腦、可攜式攝像機(jī)等便攜式電子設(shè)備的發(fā)展，對(duì)通常能充電和放電的二次電池的研究正在積極地進(jìn)行著。鋰電池可分為鎳-鎘(Ni-Cd)電池、鎳-氫化物(Ni-MH)電池和鋰二次電池。具體而言，鑒于鋰二次電池的工作電壓很高--為3.6V以上(這大約是鎳-鎘(Ni-Cd)電池或鎳-氫化物(Ni-MH)電池的三倍)，并且其單位重量的能量密度極好，因此這種電池發(fā)展很快。
根據(jù)所采用的電解質(zhì)，可將鋰二次電池分成液體電解質(zhì)電池和固體電解質(zhì)電池。一般而言，將采用液體電解質(zhì)的電池稱為鋰離子電池，將采用聚合物電解質(zhì)的電池稱為鋰聚合物電池。
可將鋰二次電池作成各種形狀，一般作成圓柱形和長(zhǎng)方形。鋰聚合物電池(近年來(lái)引起了注意)可作成柔軟的袋形，這樣在形狀設(shè)計(jì)方面比較靈活。此外，鋰聚合物二次電池的安全性極好、重量輕，這在實(shí)現(xiàn)小型化和輕便的便攜式電子設(shè)備方面很有利。
在美國(guó)專利6391491和6497980中公開(kāi)了袋型鋰二次電池。


圖1表示傳統(tǒng)的袋型鋰二次電池10。參照?qǐng)D1，鋰二次電池10包括電極單元11和殼體12，所述殼體提供了容納電極單元11的空間12a。
電極單元11包括(盡管未示出)正電極板、負(fù)電極板和夾在這兩個(gè)電極板之間的隔板。在正電極板、隔板和負(fù)電極板按以上順序疊置的狀態(tài)下，該疊置結(jié)構(gòu)被卷成卷繞型。
與厚金屬板形成的圓柱形或長(zhǎng)方形鋰二次電池不同的是，殼體12由薄金屬箔和層壓在袋型金屬箔雙面上的絕緣膜構(gòu)成。在殼體12中設(shè)有能容納電極單元11的空間12a，沿空間12a的外圍設(shè)置了用于進(jìn)行熱熔接的密封表面12b。
正和負(fù)電極引線13和14的末端都與各塊電極板電連接，它們伸到密封表面12b之外。在正和負(fù)電極引線13和14以及密封表面12b周圍纏繞著絕緣帶15。
圖2是圖1所示電極單元11的透視圖。參照?qǐng)D2，電極單元11是通過(guò)卷繞由正電極板、隔板和負(fù)電極板按以上順序布置而成的層壓結(jié)構(gòu)來(lái)形成的。正和負(fù)電極引線13和14伸到電極單元11之外，以便與外部端子相連。在正和負(fù)電極引線13和14周圍纏繞著絕緣帶15。
為了防止卷繞式電極單元11因其本身所固有的回復(fù)力而發(fā)生解纏繞，在電極單元11的最外側(cè)表面上纏繞了絕緣部件21。絕緣部件21覆蓋在電極單元11上，而所述電極單元包括纏繞在電極單元11的外表面周圍的纏繞終止部分11a，這樣就能保持電極單元11的形狀。
接著，將電極單元11安裝到殼體的空間12a內(nèi)，對(duì)沿空間12a的外圍形成的密封表面12b進(jìn)行熱熔接，以實(shí)現(xiàn)密封。然后，將伸到殼體12外面的正和負(fù)電極引線13和14與安裝在殼體12的外表面上的保護(hù)電路板的端子電連接起來(lái)。
但是，傳統(tǒng)鋰二次電池10存在以下問(wèn)題。
在按順序布置具有相反極性的電極板和電極板間所夾置的隔板的狀態(tài)下的電極單元11時(shí)，隨著卷繞的進(jìn)行，會(huì)將不同的應(yīng)力施加到電極單元11的各個(gè)部件上。也就是說(shuō)，施加到正電極板、負(fù)電極板和隔板上的應(yīng)力不均勻。
在這種狀態(tài)下，如果在電解質(zhì)注射或充、放電過(guò)程中電極板的厚度發(fā)生變化，電極單元11(其本身有回復(fù)力)發(fā)生形變，回復(fù)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，以最大限度地減小對(duì)其施加的應(yīng)力。
但是，由于電極單元11由絕緣部件21支撐而防止了位置變形，它就不能自由地形變，從而導(dǎo)致圖2中虛線所示的扭曲。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)改進(jìn)的卷繞式電池單元，它能抑制電極單元的扭曲，本發(fā)明還提供了一種采用了該電極單元的鋰二次電池。
依照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種含電池單元的電池單元，所述電池單元包括按以下順序布置的正電極板、隔板和負(fù)電極板；從電極單元的每個(gè)電極板中引出的電極引線；以及纏繞在電極單元的最外側(cè)表面周圍的終點(diǎn)帶，該終點(diǎn)帶具有粘結(jié)強(qiáng)度較低的粘結(jié)層和覆有該粘結(jié)層的聚合物薄膜層，該終點(diǎn)帶能在電極單元發(fā)生形變時(shí)可分離地附著到電極單元上。
依照本發(fā)明的另一方面，提供了一種含電極單元的鋰二次電池，所述電極單元具有按以下順序布置的正電極板、隔板和負(fù)電極板；從電極單元的每個(gè)電極板中引出的電極引線；纏繞在電極單元的最外側(cè)表面周圍的終點(diǎn)帶，該終點(diǎn)帶具有粘結(jié)強(qiáng)度較低的粘結(jié)層和覆有該粘結(jié)層的聚合物薄膜層，該終點(diǎn)帶能在電極單元發(fā)生形變時(shí)可分離地附著到電極單元上；以及殼體，它設(shè)有用于容納帶有終點(diǎn)帶的電極單元的空間，并具有可沿該空間的外圍進(jìn)行熱熔接的密封表面。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明的這些和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)對(duì)以下實(shí)施例的描述、并結(jié)合附圖而變得顯明，或者變得容易理解，附圖中圖1是表示傳統(tǒng)鋰二次電池的平面圖；圖2是表示圖1所示的鋰二次電池變形的狀態(tài)的透視圖；圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例的鋰二次電池的透視圖；圖4是圖3所述鋰二次電池變形的狀態(tài)的透視圖；圖5是圖4的橫截面視圖。
具體實(shí)施例方式
圖3表示依照本發(fā)明實(shí)施例的鋰二次電池30。
參照?qǐng)D3，鋰二次電池30包括電極單元31、容納電極單元31的殼體310。
電極單元31包括正電極板32、負(fù)電極板33和夾在它們之間的隔板34。
正電極板32具有正電極活性物質(zhì)層，該物質(zhì)層由作為主要成分的鋰基氧化物、粘結(jié)劑、塑化劑、導(dǎo)電劑等組成，并涂覆在由帶形金屬箔(例如鋁箔)構(gòu)成的正電極集流器上。從正電極板32中引出一根正電極引線35。在從正電極板32引出正電極引線35的部分周圍纏繞著正電極絕緣帶36。
負(fù)電極板33具有負(fù)電極活性物質(zhì)層，該物質(zhì)層由作為主要成分的碳材料、粘結(jié)劑、塑化劑、導(dǎo)電劑等構(gòu)成，并涂覆在由帶形金屬箔(例如銅箔)制成的負(fù)電極集流器上。和正電極板32中一樣，從負(fù)電極板33引出一根電極引線37。在從負(fù)電極板33中引出負(fù)電極引線37的部分周圍纏繞著負(fù)電極絕緣帶38。
在正電極板32和負(fù)電極板33之間布置了至少一塊隔板34，用以實(shí)現(xiàn)二者之間的絕緣。隔板34由聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯與聚丙烯的共聚物構(gòu)成。為了防止正或負(fù)電極板32和33之間發(fā)生短路，有利的是，讓隔板34的寬度比正或負(fù)電極板32、33的寬。
殼體310包括上殼體320和與上殼體310a相連接的下殼體330。上下殼體320和330都沿至少一個(gè)外圍彼此焊成一體。
在下殼體330中設(shè)有用于容納電極單元31的空間331。沿空間331的外圍形成了下密封表面332。在上殼體332與下殼體330相接合的、對(duì)應(yīng)于下密封表面332的部分形成上密封表面322，上密封表面332與下密封表面332相接觸，由此形成密封表面。在將電極單元31裝到殼體310的空間331內(nèi)之后，通過(guò)熱熔接將上下密封表面322和332彼此密封起來(lái)。
上下殼體320和330優(yōu)選基本由相同材料制成，它被構(gòu)成為多層結(jié)構(gòu)，包括聚合物絕緣層形成的內(nèi)涂層311、金屬箔形成的中間層312(用以保持成型性)、和聚合物絕緣層形成的外涂層313。
具有上述結(jié)構(gòu)的電極單元31沿一個(gè)方向卷繞成以下?tīng)顟B(tài)正電極板32、隔板34、以及負(fù)電極板33沿以上順序順序地布置，即布置成卷繞式。
將卷繞好的電極單元31裝到空間331內(nèi)。在此，從電極單元31的正負(fù)電極板33和34引出的正負(fù)電極引線36和37的邊緣伸到密封殼體310的外面。
為了獲得電極單元31在注射電解質(zhì)或充/放電過(guò)程中可變形的余量，要在電極單元31的外表面上設(shè)置可分離的終點(diǎn)帶40。終點(diǎn)帶40包括聚合物樹(shù)脂制成的薄膜層41、粘結(jié)強(qiáng)度比較低的粘結(jié)層42，下面將對(duì)它們作詳細(xì)描述。
圖4表示圖3所示的電極單元31，圖5是圖4的橫截面視圖，其中與前述附圖相同的參考數(shù)字表示相同的功能元件。
參照?qǐng)D4和5，正電極板32具有涂覆在正電極集流器32a雙面上的正電極活性物質(zhì)層32b、電焊接到正電極集流器32a的區(qū)域A上的正電極引線35，所述區(qū)域A上未涂覆正電極活性物質(zhì)層32b。
在正電極板32的外表面上布置隔板34。
在隔板34的與正電極板32相反的另一表面上布置負(fù)電極板33。負(fù)電極板33具有涂覆在負(fù)電極集流器33a的兩個(gè)表面上的負(fù)電極活性物質(zhì)層33b、電焊接到負(fù)電極集流器33a的區(qū)域B上的負(fù)電極引線37，所述區(qū)域B上未涂覆負(fù)電極活性物質(zhì)層33b。
在負(fù)電極板33的外表面上布置另一隔板34。
按照這種方式，在正電極板32、隔板34、負(fù)電極板34和隔板34按順序布置的狀態(tài)下，通過(guò)向電極單元31施加預(yù)定應(yīng)力進(jìn)行卷繞，它們的橫截面基本上為橢圓形。
為了防止電極單元31因其本身所固有的回復(fù)力而解纏繞，要在電極單元31的最外側(cè)表面周圍纏繞終點(diǎn)帶40。終點(diǎn)帶40覆蓋了電極單元31的卷繞終止部分31a。
終點(diǎn)帶40由粘結(jié)強(qiáng)度低的材料制成，因而在電極單元31發(fā)生形變時(shí)，它容易與電極單元31分開(kāi)。也就是說(shuō)，終點(diǎn)帶40包括聚合物薄膜層41和粘結(jié)層42。聚合物層41由聚合物樹(shù)脂制成，例如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)。在該聚合物薄膜層41的內(nèi)表面上涂覆由粘結(jié)強(qiáng)度低的材料制成的粘結(jié)層42。
粘結(jié)層42優(yōu)選由粘結(jié)強(qiáng)度在500g/25mm以下的材料制成，例如丙烯基粘結(jié)劑。當(dāng)電極單元31變形時(shí)，涂覆了低粘結(jié)強(qiáng)度的粘結(jié)劑層42的聚合物薄膜層41能與電極單元31分開(kāi)。
帶有前述終點(diǎn)帶40的電極單元31按以下方式操作。
將電極單元31裝在袋形殼體(圖3的310)中，然后密封。為了讓密封后的鋰二次池30穩(wěn)定，要為它充電和放電。
如上所述，沿一個(gè)方向卷繞電極單元31，同時(shí)向其施加預(yù)定應(yīng)力，在包括卷繞終止部分31a的電極單元31的外表面周圍纏繞具有覆有粘結(jié)劑層42的聚合物薄膜層41的終點(diǎn)帶40，以防止電極單元31因其本身所固有的回復(fù)力而解纏繞。終點(diǎn)帶40的粘性因殼體310內(nèi)存在的電解液而減至最小，該終點(diǎn)帶可分離地設(shè)置在電極單元31的外表面上。
于是，如圖5中的虛線所示，當(dāng)每個(gè)電極板的厚度在充放電過(guò)程中發(fā)生變化時(shí)，如果電極單元31在所施應(yīng)力減至最小的方向上發(fā)生形變，終點(diǎn)帶40就會(huì)按圖5的箭頭所示方向與電極單元31的外表面暫時(shí)分開(kāi)。
結(jié)果，電極單元31在所施應(yīng)力減至最小的方向上發(fā)生自由形變，從而避免了扭曲。因?yàn)榻K點(diǎn)帶40的粘結(jié)強(qiáng)度低，這樣它就不會(huì)牢牢附著在電極單元31的外表面上，所以這是可行的。之后，在電極單元31因其本身所固有的回復(fù)力而回復(fù)到它的原始形狀時(shí)，即，在電極單元31沿著與圖5中箭頭所示的方向移動(dòng)時(shí)，終點(diǎn)帶40可再次附著到電極單元31的外表面上。
如上所述，在依照本發(fā)明的卷繞式電極單元和采用了該電極單元的鋰二次電池中，由于纏在卷繞式電極單元的外表面上的終點(diǎn)帶是由粘結(jié)強(qiáng)度比較低的材料制成的，因此在電極單元的充放電過(guò)程中電極單元發(fā)生形變的情況下，該終點(diǎn)帶就會(huì)與該電極單元暫時(shí)分開(kāi)。于是，電極單元可自由變形，從而避免了扭曲。
盡管已經(jīng)展示并描述了本發(fā)明的若干實(shí)施例，但本發(fā)明普通技術(shù)人員可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下，在這些實(shí)施例中也可以做成變化，它們的范圍由權(quán)利要求書及其等效范圍來(lái)限定。
權(quán)利要求
1.一種電池單元，它包括電極單元，它具有正電極板、隔板和負(fù)電極板并按該順序布置；電極引線，它從電極單元的每個(gè)電極板上引出；以及終點(diǎn)帶，它纏繞在電極單元的最外側(cè)表面周圍，并具有粘結(jié)層和覆有粘結(jié)層的聚合物薄膜層，所述粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度較低，它在電極單元發(fā)生形變時(shí)能可分開(kāi)地附著在電極單元上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其中電極單元被纏繞成卷繞式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其中聚合物薄膜至少由一種選自聚乙烯、聚苯乙烯，聚丙烯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯組成的組中的材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其中粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度在500g/25mm以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其中粘結(jié)層由丙烯基粘結(jié)劑構(gòu)成。
6.一種鋰二次電池，它包括電極單元，它具有正電極板、隔板和負(fù)電極板并按該順序布置；電極引線，它從電極單元的每個(gè)電極板上引出；以及終點(diǎn)帶，它纏在電極單元的最外側(cè)表面周圍，并具有粘結(jié)層和覆有粘結(jié)層的聚合物薄膜層，所述粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度較低，它在電極單元發(fā)生形變時(shí)能可分開(kāi)地附著在電極單元上；以及殼體，它設(shè)有能容納帶有終點(diǎn)帶的電極單元的空間，并具有可沿該空間的外圍進(jìn)行熱熔接的密封表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰二次電池，其中電極單元被卷繞成卷繞式。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰二次電池，其中聚合物薄膜至少由一種選自以下物質(zhì)組成的組中的材料制成聚乙烯、聚苯乙烯，聚丙烯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(PET)。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰二次電池，其中粘結(jié)層由丙烯基粘結(jié)劑制成。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰二次電池，其中終點(diǎn)帶的粘結(jié)強(qiáng)度在適合形變的500g/25mm以下，這樣粘結(jié)強(qiáng)度比較低的粘結(jié)層能暫時(shí)與電極單元的外表面分開(kāi)，并能在電池單元因其本身所固有的回復(fù)力而回復(fù)到它的原始形狀時(shí)，再次附著到包括卷繞終止部分的電極單元的外表面上。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電池單元和采用了該電池單元的鋰二次電池。電池單元包括電極單元，所述電極單元具有按順序布置的正電極板、隔板和負(fù)電極板；電極引線，它們從電極單元的每個(gè)電極板上引出；以及終點(diǎn)帶，它纏繞著電極單元的最外側(cè)表面周圍，并具有粘結(jié)層和覆有該粘結(jié)層的聚合物薄膜層，所述粘結(jié)層的粘結(jié)強(qiáng)度比較低，可在電極單元發(fā)生形變時(shí)可分開(kāi)地附著到電極單元上。
文檔編號(hào)H01M10/38GK1518157SQ20041000199
公開(kāi)日2004年8月4日 申請(qǐng)日期2004年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月18日
發(fā)明者金重憲, 李亨馥, 鄭鉉濟(jì), 嚴(yán)泰軾, 姜昱圭 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社