專利名稱：電池單元和采用此電池單元的鋰蓄電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請(qǐng)引用了于2002年7月9日向韓國工業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)部提交并已適時(shí)轉(zhuǎn)讓的題為“電池單元和采用此電池單元的鋰蓄電池”的申請(qǐng)No.2002-39731，并根據(jù)美國法典第35條第119款要求享有此申請(qǐng)的所有權(quán)益。
本發(fā)明涉及一種鋰蓄電池，更具體地涉及一種包括具有插入在相對(duì)電極板之間且具有可變邊緣的突出部分的隔離板的電池單元，以及采用此電池單元的鋰蓄電池，所述突出部分從各電極板的各側(cè)上伸出。
這種鋰蓄電池可制成各種形狀，通常是主要用于鋰離子電池的圓柱形和矩形形狀。近來得到較多關(guān)注的鋰聚合物電池由柔性材料制成，在形狀方面具有較高的自由度。而且，由于鋰聚合物電池非常安全且重量較輕，因此它們可有利地用于實(shí)現(xiàn)狹長且輕重量的便攜式電子裝置。
傳統(tǒng)鋰蓄電池的電池單元包括多個(gè)具有不同極性的電極板以及插入在電極板之間的隔離板。電池單元纏繞成果凍卷的形狀，其中正極電極板、隔離板和負(fù)極電極板順序地放置。
電極板包括電極集電器和涂覆在電極集電器表面上的電極活性材料層。電極集電器包括電極的未涂覆區(qū)域，在此處未涂覆電極活性材料層。電極引線連接在電極的未涂覆區(qū)域上。在電極引線的一端纏繞了保護(hù)帶。
隔離板插入在具有不同極性的多個(gè)電極板之間以將電極板相互間絕緣，并具有比各電極板更大的寬度。隔離板的整個(gè)寬度W1等于電極板的寬度W2與隔離板的從電極板各側(cè)上伸出的突出部分的寬度W3及W4之和。
如上所述，由于隔離板的寬度比電極板的寬度大上隔離板的從電極板各側(cè)上伸出的突出部分的寬度之和，因此它可以防止具有不同極性的電極板發(fā)生接觸。這樣就可以防止電極板之間的電短路。這里，隔離板的突出部分的寬度W3和W4基本上相同。
通過將隔離板置于具有不同極性的多個(gè)電極板之間，然后將所得結(jié)構(gòu)纏繞成果凍卷的形狀，就可以完成具有上述結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)電池單元。
電池單元容納在一個(gè)袋狀外殼中。外殼包括上殼件以及與上殼件相連且具有在其中可容納電池單元的空間的下殼件。上、下殼件可在一側(cè)或多側(cè)處相結(jié)合，以便簡化制造工藝。
在將電池單元容納在外殼中之后，對(duì)形成于外殼邊緣處的密封面施加預(yù)定的熱量和壓力，從而完成電池的裝配工作。
然而，傳統(tǒng)的電池單元具有下述問題。
首先，由耐熱性差的聚合物制成的隔離板可能會(huì)因在熱熔合期間所施加的熱量而收縮或變形。特別是，在引出電極引線的外殼短側(cè)面的兩個(gè)邊緣處容易產(chǎn)生熱變形，這是因?yàn)樵诿芊饷娴臒崛酆掀陂g熱量傳遞到此處。
上述原因是由從電極板的引出電極引線處的一側(cè)上伸出的隔離板突出部分的寬度W3具有較小的設(shè)計(jì)邊緣而造成的。
換句話說，隔離板突出部分的寬度W3對(duì)應(yīng)于上、下殼件的連接部分處的寬度，并與從電極板的不發(fā)生熱變形的另一側(cè)上伸出的隔離板突出部分的寬度W4相同。
因此，如果隔離板因受熱而變形，具有不同極性的電極板就會(huì)在外殼的短側(cè)邊處相互電連接，導(dǎo)致了短路。
為了解決這一問題，可以增大隔離板突出部分的寬度。然而，這種解決方案會(huì)增大電池單元的整體體積，使得難以得到大容量的電池。
另外，在外殼具有聚合物層的結(jié)構(gòu)的情況下，金屬箔層和聚合物層順序地堆疊，如果作為中間層的金屬箔層暴露在外，那么隔離板可能會(huì)收縮或變形，使得隔離板與暴露部分相接觸，從而增大金屬箔層因氧化電位的差異而發(fā)生腐蝕的可能性。
另一目的是提供一種可防止因熱熔合期間所施加的熱量而引起的隔離板變形的電池單元。
另一目的是提供一種具有提高的穩(wěn)定性的電池。
另一目的是提供一種可防止電池短路并不會(huì)降低電池性能的電池。
另一目的是提供一種可防止電池中的金屬層腐蝕的電池。
另一目的是提供一種易于制造且制造成本低的電池。
本發(fā)明的另一目的是提供一種電池單元，其可防止因電極板和電池外殼的電接觸而引起的連續(xù)腐蝕，并提供一種采用此電池單元的鋰蓄電池。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種電池單元，其包括正極電極板，其具有正極集電器和形成于正極集電器的至少一個(gè)平面上的正極活性材料層；與正極集電器電連接的正極電極引線；負(fù)極電極板，其具有負(fù)極集電器和形成于負(fù)極集電器的至少一個(gè)平面上的負(fù)極活性材料層；與負(fù)極集電器電連接的負(fù)極電極引線；以及插入在正極電極板和負(fù)極電極板之間的隔離板，其具有比各電極板更大的寬度，并具有從電極板的各側(cè)上伸出的不同寬度的突出部分。
另外，隔離板構(gòu)造成使其從電極板的一側(cè)上伸出的一個(gè)突出部分的寬度大于其從電極板的另一側(cè)上伸出的另一突出部分的寬度。
另外，具有較大寬度的突出部分位于與從電極板上引出電極引線的部分相對(duì)應(yīng)的位置處。
隔離板的從電極板一側(cè)上伸出的一個(gè)突出部分的寬度大于另一突出部分的寬度，使得它們之間的寬度比在6∶4到9∶1的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種鋰蓄電池，其包括電池單元，在電池單元中順序地放置并纏繞了正極電極板、隔離板和負(fù)極電極板，正極電極引線與正極電極板電連接并從正極電極板上引出，負(fù)極電極引線與負(fù)極電極板電連接并從負(fù)極電極板上引出；外殼，其具有可容納電池單元的空間，并提供了沿此空間的邊緣熱熔合的密封面，其中隔離板具有比各電極板更大的寬度，并具有從電極板的各側(cè)上伸出的不同寬度的突出部分。
另外，隔離板構(gòu)造成使其從引出電極引線的電極板的一側(cè)上伸出的一個(gè)突出部分的寬度大于其從此電極板的另一側(cè)上伸出的另一突出部分的寬度。
另外，具有較小寬度的突出部分位于與外殼上密封面未熱熔合的部分相對(duì)應(yīng)的位置處。
圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的鋰蓄電池的分解視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電池單元的分解視圖；和圖5是顯示了圖4所示電池單元的一部分的平面圖。
電極板11包括集電器13和涂覆在集電器13的一個(gè)表面上的電極活性材料層14。集電器13包括電極的未涂覆區(qū)域13a，在此區(qū)域中未涂覆電極活性材料層14。電極引線15與電極的未涂覆區(qū)域13a相連。在電極引線15的一端纏繞了保護(hù)帶16。
隔離板12插入在具有不同極性的多個(gè)電極板11之間以將電極板11相互間絕緣，并具有比各電極板11更大的寬度。隔離板12的整個(gè)寬度W1等于電極板11的寬度W2與隔離板12的從電極板11各側(cè)上伸出的突出部分12a及12b的寬度W3及W4之和。
如上所述，由于隔離板12的寬度比電極板11的寬度大上隔離板12的從電極板11各側(cè)上伸出的突出部分的寬度之和，因此它可以防止具有不同極性的電極板11相互接觸。這樣就可以防止電極板11之間的電短路。這里，隔離板12的突出部分12a和12b的寬度W3和W4基本上相同。
通過將隔離板12置于具有不同極性的多個(gè)電極板11之間，然后將所得結(jié)構(gòu)纏繞成果凍卷的形狀，就可以完成具有上述結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)電池單元10。
電池單元10容納在一個(gè)袋狀外殼20中，如圖2所示。外殼20包括上殼件21以及與上殼件21相連且具有在其中可容納電池單元10的空間的下殼件22。上、下殼件21和22可在一側(cè)或多側(cè)處相結(jié)合，以便簡化制造工藝。
在將電池單元10容納在外殼20中之后，對(duì)形成于外殼20的邊緣處的密封面23施加預(yù)定的熱量和壓力，從而完成電池的裝配工作。
然而，傳統(tǒng)的電池單元10具有下述問題。
首先，由耐熱性差的聚合物制成的隔離板12可能會(huì)因在熱熔合期間所施加的熱量而收縮或變形。特別是，在引出電極引線15的外殼20短側(cè)的兩個(gè)邊緣24處容易產(chǎn)生熱變形，這是因?yàn)樵诿芊饷?3的熱熔合期間熱量傳遞到此處。
上述原因是由從電極板11的引出電極引線15的一側(cè)上伸出的隔離板12的突出部分12a的寬度W3具有較小的設(shè)計(jì)邊緣而造成的。
換句話說，隔離板12的突出部分12a的寬度W3對(duì)應(yīng)于上、下殼件21和22的連接部分25處的寬度，并與從電極板11的不發(fā)生熱變形的另一側(cè)上伸出的隔離板12的突出部分12b的寬度W4相同。
因此，如果隔離板12因受熱而變形，具有不同極性的電極板11就會(huì)在外殼20的短側(cè)邊24處相互電連接，導(dǎo)致了短路。
為了解決這一問題，可以增大隔離板12的突出部分12a和12b的寬度。然而，這種解決方案會(huì)增大電池單元10的整體體積，使得難以得到大容量的電池。
另外，在外殼具有聚合物層的結(jié)構(gòu)的情況下，金屬箔層和聚合物層順序地堆疊，如果作為中間層的金屬箔層暴露在外，那么隔離板12可能會(huì)收縮或變形，使得隔離板12與暴露部分相接觸，從而增大金屬箔層因氧化電位的差異而發(fā)生腐蝕的可能性。
下面將詳細(xì)介紹根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的鋰蓄電池。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的鋰蓄電池30。
參考圖3，鋰蓄電池30包括電池單元31和其中可容納電池單元31的外殼310。
電池單元31包括正極電極板32、負(fù)極電極板33和插入在它們之間并使它們絕緣的隔離板34。正極和負(fù)極電極板32和33以及隔離板分別為條狀薄片。電池單元31可形成為使得正極電極板32、隔離板34和負(fù)極電極板33順序地放置并纏繞成果凍卷的形狀。
正極電極引線35和負(fù)極電極引線36分別與正極電極板32和負(fù)極電極板33電連接。在各正極電極引線35和負(fù)極電極引線36的一部分上纏繞了保護(hù)帶37。
外殼310包括上殼件320和與上殼件320相連的下殼件330。當(dāng)上、下殼件320和330密封在一起時(shí)，就形成了其中可容納電池單元31的空間331。
上、下殼件320和330在一側(cè)相連，并提供了可沿空間331的邊緣熱熔合的密封面332。
電池單元31容納在形成于外殼320中的空間331內(nèi)。分別與各電極板32和33電連接的正、負(fù)極電極引線35和36穿過密封面332引出到外殼320之外，用作電極端子。
根據(jù)本發(fā)明的電池單元31的特征在于，為了防止在上、下殼件320和330的密封面332的熱熔合期間因隔離板34的收縮或變形而在各電極板32和33之間產(chǎn)生電短路，可相對(duì)于各電極板32和33對(duì)隔離板34的熔合邊緣進(jìn)行調(diào)節(jié)。這將在下文中更詳細(xì)地介紹。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的電池單元40。參考圖4，電池單元40包括正極電極板41、負(fù)極電極板42以及插入在正極電極板41和負(fù)極電極板42之間的隔離板43。
正極電極板41包括由條形金屬箔制成的正極集電器44以及涂覆在正極集電器44的兩個(gè)表面上的正極活性材料層45。正極集電器44最好由具有良好導(dǎo)電性的鋰箔形成。正極活性材料層45由通過將粘合劑、導(dǎo)電劑和增塑劑以及正極活性材料層如氧化鋰混合而制備成的組合物制成。
在正極集電器44的各側(cè)上部分地形成了至少一個(gè)正極未涂覆區(qū)域44a，即未形成正極活性材料層45的區(qū)域。正極電極引線46例如通過焊接而與正極未涂覆區(qū)域44a電連接。在正極電極引線46的一端纏繞了由絕緣聚合物樹脂制成的保護(hù)帶47。
負(fù)極電極板42包括由條形金屬箔制成的負(fù)極集電器48以及涂覆在負(fù)極集電器48的兩個(gè)表面上的負(fù)極活性材料層49。負(fù)極集電器48最好由具有良好導(dǎo)電性的金屬材料銅箔形成。負(fù)極活性材料層49由通過將粘合劑、增塑劑以及負(fù)極活性材料層如碳材料混合而制備成的組合物制成。
與正極電極板41一樣，在負(fù)極集電器48的各側(cè)上部分地形成了至少一個(gè)負(fù)極未涂覆區(qū)域48a，即未形成負(fù)極活性材料層49的區(qū)域。負(fù)極電極引線50與負(fù)極未涂覆區(qū)域48a電連接。在負(fù)極電極引線50的一端纏繞了由絕緣材料制成的保護(hù)帶51。
通過將半固態(tài)電解質(zhì)涂覆在可成形性很高的聚合物如聚乙烯上來形成隔離板43。隔離板43插入在正極和負(fù)極電極板41和42之間。隔離板43的寬度大于各電極板41和42的寬度，而其從電極板41和42的各側(cè)上伸出的突出部分的寬度形成為相互不同。
參考圖5，在隔離板43之前放置了正極電極板41。雖然圖5中未示出，然而在隔離板43之后放置了負(fù)極電極板42，其與正極電極板41的情況基本上相同，因此下面將不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的說明。
下面將介紹正極電極板41和隔離板43之間的位置關(guān)系。
隔離板41的整個(gè)寬度W5等于正極電極板41的寬度W6與從電極板41的各側(cè)上伸出的突出部分的寬度W7及W8之和。這樣，隔離板43的寬度大于正極電極板41的寬度。
另外，從正極電極板41的各側(cè)上伸出的突出部分的寬度相互不同。換句話說，隔離板43的從中引出與正極集電器44電連接的正極電極引線46的一個(gè)突出部分43a形成為盡可能地寬，以便抑制外殼密封面所受到的在纏繞電池單元期間由熱熔合帶來的不利影響。
另一方面，由于從在熱熔合期間未施加熱量的外殼另一側(cè)上伸出的隔離板43的另一突出部分43b受到的熱量影響很小，因此它可以形成為盡可能地窄。
從正極電極板41的一側(cè)上伸出的一個(gè)突出部分43a的寬度W7與另一突出部分43b的寬度之比大約在6∶4到9∶1。換句話說，突出部分43a的寬度W7大于突出部分43b的寬度，超過的幅度處于上述范圍內(nèi)。在這種狀態(tài)下進(jìn)行纏繞。
如果突出部分43a的寬度與另一突出部分43b的寬度之比小于6∶4，在熱熔合期間就容易發(fā)生因施加給隔離板43的熱量所引起的變形。相反，如果突出部分43a的寬度與另一突出部分43b的寬度之比大于9∶1，就無法設(shè)置另一突出部分43b的邊緣。具有這種設(shè)計(jì)邊緣的隔離板43可制成具有與傳統(tǒng)隔離板12(見

圖1)相同的寬度，不會(huì)降低其容量。
在具有上述結(jié)構(gòu)的電池單元40中，隔離板43插入在正極和負(fù)極電極板41和42之間，正極和負(fù)極電極板41和42相對(duì)于隔離板43定位，使得其各側(cè)的突出部分43a和43b處于上述范圍內(nèi)，之后進(jìn)行纏繞。
將這樣纏繞的電池單元40容納在形成于外殼中的空間內(nèi)，然后對(duì)沿此空間的邊緣而形成的密封面施加預(yù)定的熱量和壓力，這樣就完成了鋰蓄電池。
電池單元40構(gòu)造成可增大隔離板43的一個(gè)突出部分43a的設(shè)計(jì)邊緣，其分別對(duì)應(yīng)于從電極板41和42上向外引出電極引線46和50的部分。因此，可以防止電池單元40的各電極板41和42之間發(fā)生短路。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的電池單元和采用此電池單元的鋰蓄電池具有下述優(yōu)點(diǎn)。
首先，由于從各電極板的各側(cè)上伸出的隔離板突出部分的設(shè)計(jì)邊緣形成為相互不同，因此可以防止熱熔合期間所施加的熱量而引起的隔離板變形。因此，可以防止具有不同極性的電極板之間發(fā)生電接觸，從而提高電池的穩(wěn)定性。
其次，由于可通過調(diào)節(jié)從電極板各側(cè)上伸出的隔離板突出部分的邊緣來得到大容量的電池，因此可提高電池單元的整體容量，從而防止電池性能下降。
第三，可以防止在外殼形成層中的金屬箔層和電極板或電極引線之間因隔離板的收縮或變形而產(chǎn)生電接觸，從而降低因氧化電位的差異而引起的金屬箔層腐蝕的可能性。
雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施例顯示和介紹了本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明的形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種變化。
權(quán)利要求
1.一種電池單元，包括正極電極板，其包括正極集電器和形成于所述正極集電器的至少一個(gè)平面上的正極活性材料層；與所述正極集電器電連接的正極電極引線；負(fù)極電極板，其包括負(fù)極集電器和形成于所述負(fù)極集電器的至少一個(gè)平面上的負(fù)極活性材料層；與所述負(fù)極集電器電連接的負(fù)極電極引線；和插入在所述正極電極板和所述負(fù)極電極板之間的隔離板，其具有比各所述電極板更大的寬度，并包括從所述電極板的各側(cè)上伸出的不同寬度的突出部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其特征在于，所述隔離板構(gòu)造成使其從電極板的一側(cè)上伸出的一個(gè)突出部分的寬度大于其從所述電極板的另一側(cè)上伸出的另一突出部分的寬度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其特征在于，具有較大寬度的所述突出部分位于與所述電極板上引出各電極引線的部分相對(duì)應(yīng)的位置處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池單元，其特征在于，從電極板的一側(cè)上伸出的一個(gè)突出部分的寬度大于另一突出部分的寬度，使得它們之間的寬度比在從6∶4到9∶1的范圍內(nèi)。
5.一種鋰蓄電池，包括電池單元，包括纏繞而成的正極電極板、隔離板和負(fù)極電極板；正極電極引線，其與所述正極電極板電連接并從所述正極電極板上引出；負(fù)極電極引線，其與所述負(fù)極電極板電連接并從所述負(fù)極電極板上引出；外殼，其具有可容納所述電池單元的空間，并提供了沿所述空間的邊緣熱熔合的密封面，所述隔離板具有比所述電極板更大的寬度，并具有從所述電極板的各側(cè)上伸出的不同寬度的突出部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鋰蓄電池，其特征在于，所述隔離板構(gòu)造成使其引出所述電極引線的一個(gè)突出部分的寬度大于另一突出部分的寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰蓄電池，其特征在于，從中引出所述電極引線的一個(gè)突出部分的寬度大于另一突出部分的寬度，使得它們之間的寬度比在約6∶4到約9∶1的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的鋰蓄電池，其特征在于，具有較小寬度的突出部分位于與所述外殼上所述密封面未熱熔合的部分相對(duì)應(yīng)的位置處。
全文摘要
提供了一種電池單元及采用此電池單元的鋰蓄電池。電池單元包括正極電極板，其具有正極集電器和形成于正極集電器的至少一個(gè)平面上的正極活性材料層；與正極集電器電連接的正極電極引線；負(fù)極電極板，其具有負(fù)極集電器和形成于負(fù)極集電器的至少一個(gè)平面上的負(fù)極活性材料層；與負(fù)極集電器電連接的負(fù)極電極引線；以及插入在正極電極板和負(fù)極電極板之間的隔離板，其具有大于各電極板寬度的寬度，并具有從電極板各側(cè)上伸出的不同寬度的突出部分。由于從電極板各側(cè)上伸出的突出部分的設(shè)計(jì)邊緣制成相互不同，因此可以防止因在熱熔合期間所施加的熱量而引起的隔離板變形。因此，可以防止具有不同極性的電極板發(fā)生電接觸，從而提高了電池的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H01M10/04GK1472840SQ0314585
公開日2004年2月4日 申請(qǐng)日期2003年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月9日
發(fā)明者金重憲, 李亨馥 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社