電極、可充電電池和制造電極的方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種用于可充電電池的電極，應(yīng)用于可充電電池的正電極或負(fù)電極，其中該電極可以包括薄板形狀的集電器和涂覆在集電器上的活性材料層，激光處理過的毛刺形成在集電器的側(cè)端上。
【專利說明】電極、可充電電池和制造電極的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 所描述的技術(shù)總體涉及用于可充電電池的電極、可充電電池和制造該電極的方 法，更具體涉及電極、可充電電池和制造該電極的方法，其中該電極的切割表面的結(jié)構(gòu)得到 改善。

【背景技術(shù)】
[0002] 不同于一次電池，可充電電池是可充電且可放電的電池。小容量的可充電電池被 用于小型的便攜式電子裝置，諸如移動電話、筆記本計算機、可攜式攝像機等，而大容量的 可充電電池被用作用于混合動力車輛等的驅(qū)動電機的電源。
[0003] 近來，已開發(fā)了使用無水電解液并具有高能量密度的高輸出和大容量可充電電 池，多個上述高輸出的可充電電池串聯(lián)或并聯(lián)連接而構(gòu)成高輸出、大容量的電池模塊。
[0004] 通常，可充電電池包括電極組件，該電極組件具有正電極、負(fù)電極和插設(shè)在正電極 與負(fù)電極之間的分隔物。正電極和負(fù)電極具有其中在由金屬制成的集電器上涂覆活性材 料的結(jié)構(gòu)，集電器具有其上涂覆活性材料的涂覆部分和其上沒有涂覆活性材料的未涂覆部 分。
[0005] 為了便于涂覆活性材料，在將活性材料大面積地涂覆在集電器上之后，集電器被 切割并且分離成多個電極。然而，在切割集電器的工藝中，由于集電器沒有被均勻地切割， 因此在集電器上出現(xiàn)毛刺（burr)。由于毛刺具有細(xì)長突起的形狀，因此，如果形成在正電極 上的毛刺與相鄰設(shè)置的正電極或負(fù)電極接觸，則將產(chǎn)生短路。涂覆部分不可能短路，這是因 為毛刺被埋入活性材料中，但是未涂覆部分在毛刺穿過分隔物的情況下可能與相鄰的電極 短路。
[0006] 在【背景技術(shù)】部分中公開的上述信息僅用于增加對于所描述的技術(shù)的背景的理解， 因此可包含不構(gòu)成對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言在本國已經(jīng)知道的現(xiàn)有技術(shù)的信息。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明已經(jīng)解決了上述問題，并且提供電極、可充電電池和制造該電極的方法，其 具有避免由于毛刺引起的短路的優(yōu)點。
[0008] 示例性實施例提供了一種用于可充電電池的電極，其應(yīng)用于可充電電池的正電極 或負(fù)電極，其中電極可以包括薄板形狀的集電器和涂覆在集電器上的活性材料層，集電器 具有在其側(cè)端上形成的激光處理過的毛刺。
[0009] 處理過的毛刺的端部可以具有圓弧的橫截面，毛刺的長度是毛刺的寬度的0. 5至 3倍。
[0010] 電極可以包括其上涂覆活性材料層的涂覆部分和其上沒有涂覆活性材料層的未 涂覆部分，處理過的毛刺僅位于未涂覆部分上，未處理的粗糙毛刺可以位于涂覆部分上，粗 糙毛刺的長度小于活性材料層的厚度。
[0011] 活性材料層的厚度可以為粗糙毛刺的長度的1. 1至2倍，電極可以包括其上涂覆 活性材料層的涂覆部分和其上沒有涂覆活性材料層的未涂覆部分，處理過的毛刺位于未涂 覆部分和涂覆部分上。
[0012] 另一實施例提供了一種制造用于可充電電池的電極的方法，該方法可以包括以下 步驟：在集電器上涂覆和形成活性材料層；利用切割器切割其上形成有活性材料層的集電 器；以及通過激光處理形成在集電器的側(cè)端上的毛刺。
[0013] 在切割集電器的步驟中，可以通過利用兩個刀片擠壓集電器而切割集電器；在激 光處理的步驟中，激光可以照射到與集電器的側(cè)端間隔開的位置。
[0014] 集電器可以包括其上涂覆活性材料層的涂覆部分和其上沒有涂覆活性材料層的 未涂覆部分，在激光處理的步驟中，激光僅照射在形成在未涂覆部分上的毛刺。
[0015] 再一實施例提供了一種可充電電池，該可充電電池可以包括：電極組件，包括第一 電極和第二電極；殼體，內(nèi)置電極組件；以及蓋組件，耦接至殼體的開口中，其中第一電極 和第二電極的至少之一可以包括薄板形狀的集電器和涂覆在集電器上的活性材料層，激光 處理過的毛刺形成在集電器的側(cè)端上。
[0016] 處理過的毛刺的端部可以具有圓弧的橫截面，毛刺的長度可以是毛刺的寬度的 0. 5至3倍。
[0017] 電極可以包括其上涂覆活性材料層的涂覆部分和其上沒有涂覆活性材料層的未 涂覆部分，處理過的毛刺僅位于未涂覆部分上，未處理的粗糙毛刺可以位于涂覆部分上，活 性材料層的厚度大于粗糙毛刺的長度。
[0018] 活性材料層的厚度可以為粗糙毛刺的長度的1. 1至2倍，電極可以包括其上涂覆 活性材料層的涂覆部分和其上沒有涂覆活性材料層的未涂覆部分，處理過的毛刺位于未涂 覆部分和所述涂覆部分上。
[0019] 根據(jù)示例性實施例，通過激光處理在利用刀片切割的步驟中形成的毛刺而能夠避 免由毛刺引起的短路。
[0020] 此外，通過不利用激光而是利用刀片切割電極而能夠最小化由激光引起的熱的不 利效應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的電極組件的分解透視圖。
[0022] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的切割電極的工藝的透視圖。
[0023] 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的處理形成在電極中的毛刺的工藝的透 視圖。
[0024] 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的已處理的毛刺的透視圖。
[0025] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的可充電電池的透視圖。
[0026] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的可充電電池的分解透視圖。

【具體實施方式】
[0027] 在下文，將參照附圖更全面地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實施例。 本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，所描述的實施例可以以各種不同的方式修改，其全部沒有背離本 發(fā)明的精神或范圍。在通篇說明書和附圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0028] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的電極組件的分解透視圖。
[0029] 電極組件10包括正電極(第一電極）11和負(fù)電極(第二電極）12、設(shè)置在正電極11 與負(fù)電極12之間的分隔物13。
[0030] 正電極11包括由薄板形狀的金屬箔制成的正電極集電器111和形成在正電極集 電器111上的正電極活性材料層112,負(fù)電極12包括負(fù)電極集電器121和形成在負(fù)電極集 電器121上的負(fù)電極活性材料層122。
[0031] 正電極11制成為長條形狀，并且包括正電極涂覆部分11a和設(shè)置在正電極11在 縱向的一個端部上的正電極未涂覆部分11b，正電極涂覆部分11a是其上涂覆正電極活性 材料層112的區(qū)域，正電極未涂覆部分lib是其上沒有涂覆活性材料的區(qū)域。
[0032] 正電極涂覆部分11a和正電極未涂覆部分lib彼此相鄰設(shè)置，正電極未涂覆部分 lib連接到正電極涂覆部分11a在縱向上的一個端部。然而，本發(fā)明并不意欲限定于此，正 電極未涂覆部分可以位于正電極涂覆部分的一個側(cè)端上。
[0033] 負(fù)電極12制成為長條形狀，并且包括其上涂覆負(fù)電極活性材料層122的負(fù)電極涂 覆部分12a和其上沒有涂覆活性材料的負(fù)電極未涂覆部分12b。
[0034] 負(fù)電極涂覆部分12a和負(fù)電極未涂覆部分12b彼此相鄰設(shè)置，負(fù)電極未涂覆部分 12b連接到負(fù)電極涂覆部分12a在縱向上的一個端部。然而，本發(fā)明并不意欲限定于此，負(fù) 電極未涂覆部分可以位于負(fù)電極涂覆部分的一個側(cè)端上。
[0035] 在電極組件10中，正電極未涂覆部分lib位于電極組件10在縱向上的一個端部， 負(fù)電極未涂覆部分12b位于電極組件10在縱向上的另一個端部。換言之，在電極組件10 中，正電極未涂覆部分lib和負(fù)電極未涂覆部分12b位于電極組件10在縱向上的相反端 部。
[0036] 在作為絕緣體的分隔物13插設(shè)在正電極11與負(fù)電極12之間之后，它們被卷起而 形成果凍卷的形狀。然而，本發(fā)明并不意欲限定于此，電極組件10可以具有以下結(jié)構(gòu)：包括 多個片的正電極和負(fù)電極交替堆疊且分隔物插設(shè)在其間的結(jié)構(gòu)。
[0037] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的切割電極的工藝的透視圖，圖3是示出 根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的處理形成在電極中的毛刺的工藝的透視圖。
[0038] 參照圖2和圖3,根據(jù)本示例性實施例的制造電極的方法包括以下步驟：涂覆活性 材料以在正電極集電器111上形成正電極活性材料層112 ;利用切割器30切割其上形成活 性材料層112的正電極集電器111 ;以及通過激光處理形成在正電極集電器111的側(cè)端上 的毛刺。
[0039] 由于正電極11和負(fù)電極12通過相同的方法制造，因此在本示例性實施例中將通 過對正電極11的說明代替對負(fù)電極12的說明。
[0040] 如圖2所示，在涂覆活性材料的步驟中，正電極集電器111的兩側(cè)都涂覆有正電極 活性材料層112,正電極集電器111形成為具有比形成一個電極組件的集電器更寬的大面 積。
[0041] 在切割步驟中，利用切割器30切割正電極集電器111，切割器30包括兩個刀片31 和32以在其兩側(cè)擠壓和切割正電極集電器111。
[0042] 刀片31和32具有鋒利的邊緣以在其兩側(cè)擠壓正電極集電器111和切割集電器。 刀片31和32具有鋒利的邊緣，但是隨著切割非常薄的正電極集電器111，在正電極集電器 Ill上出現(xiàn)粗糙毛刺17。
[0043] 如圖3所示，在切割工藝中出現(xiàn)的粗糙毛刺17具有長突起的形狀并且彎曲，使得 可經(jīng)過分隔物13而與相鄰電極發(fā)生短路。
[0044] 在激光處理的步驟中，激光40照射到粗糙毛刺17,由此熔融粗糙毛刺17,使得粗 糙毛刺17轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚磉^的毛刺15。通過熔融粗糙毛刺17而形成的處理過的毛刺15的長 度變得短于粗糙毛刺17的長度。在激光處理的步驟中，如果激光照射到與正電極集電器 111的側(cè)端間隔開的位置，由此僅處理粗糙毛刺17,則僅熔融粗糙毛刺17,同時最小化熱對 于正電極集電器111的不利影響。在此情況下，在激光處理的步驟中，激光可照射為僅處理 在正電極未涂覆部分lib中形成的粗糙毛刺17。
[0045] 在利用激光切割集電器的情況下，可避免毛刺的出現(xiàn)，但是集電器可由于激光引 起的高溫而變形或者形成有皺折。集電器的變形增加了堆疊和設(shè)置的電極之間的間隔，導(dǎo) 致充電和放電效率的降低。然而，在本示例性實施例中，由于激光僅照射到毛刺，因此可預(yù) 先避免由于激光的熱引起的集電器的變形。
[0046] 如圖4所示，處理過的毛刺15制成為從側(cè)端突出的突起形狀，并且端部熔融和固 化而制成為比切割的形狀更鈍化的形狀。處理過的毛刺15的側(cè)端可以制成為圓弧的橫截 面。
[0047] 在粗糙毛刺17的情況下，隨著厚度朝向側(cè)端減小，形成針狀的形狀。因此，當(dāng)形成 粗糙毛刺17的端部時，粗糙毛刺17穿過分隔物13,使得可經(jīng)過分隔物13而與相鄰的電極 容易地發(fā)生短路。然而，如果處理過的毛刺15的端部制成為鈍化的形狀，如在本示例性實 施例中，則可避免短路。
[0048] 此外，處理過的毛刺15的長度H1為毛刺的寬度W1的0. 5至3倍。因此，由于處 理過的毛刺15的長度足夠短，因此可以避免短路的發(fā)生。
[0049] 如果處理過的毛刺15的長度H1小于毛刺的寬度的0. 5倍，由于由激光處理的部 分與正電極集電器111之間的距離太短，因此激光的熱被傳遞至正電極集電器111，從而產(chǎn) 生正電極集電器111變形的問題。此外，如果處理過的毛刺15的長度H1大于毛刺的寬度 W1的3倍，處理過的毛刺15會引起短路。
[0050] 處理過的毛刺15可形成在正電極涂覆部分11a和正電極未涂覆部分lib的兩個 側(cè)端上，也可以僅形成在正電極未涂覆部分lib的一個側(cè)端上。
[0051] 如果在正電極涂覆部分11a處沒有處理粗糙毛刺17,正電極活性材料層112具有 大于未處理的粗糙毛刺17的長度的厚度。結(jié)果，在正電極涂覆部分11a的情況下，粗糙毛 刺17可被埋入正電極活性材料層112中。正電極活性材料層112的厚度可以是位于正電 極涂覆部分11a上并且未處理的毛刺的長度的1. 1倍至2倍。如果正電極活性材料層112 的厚度小于位于正電極涂覆部分11a上的粗糙毛刺17的長度的1. 1倍，粗糙毛刺17可引 起粗糙毛刺17從正電極活性材料層112的外側(cè)突出的短路風(fēng)險。此外，如果正電極活性材 料層112的厚度大于位于正電極涂覆部分11a上的粗糙毛刺17的長度的2倍，正電極活性 材料層112的厚度過度地增大，因此存在每單位體積上能量密度會劣化的問題。
[0052] 結(jié)果，如果正電極活性材料層112的厚度形成為大于粗糙毛刺17的長度，即使粗 糙毛刺17已經(jīng)形成，由于相對于正電極未涂覆部分lib是相對安全的，因此可通過由激光 選擇性地僅照射正電極未涂覆部分lib而處理毛刺。
[0053] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的示例性實施例的可充電電池的透視圖，圖6是示出根據(jù) 本發(fā)明的示例性實施例的可充電電池的分解透視圖。
[0054] 參照圖5和圖6,根據(jù)本示例性實施例的可充電電池100包括電極組件10、蓋組件 20以及接合至蓋組件20的殼體60。在下文，將作為示例來描述矩形類型的電池，但是本發(fā) 明不限于此，并且可應(yīng)用于各種類型的電池，諸如圓柱形電池、鋰聚合物電池等。
[0055] 正電極片36被固定和安裝至正電極11，負(fù)電極片37被固定和安裝至負(fù)電極12。 蓋組件20設(shè)置有電路板21、第一引線片22和第二引線片23。蓋組件20耦接至殼體60的 開口，并且連接至電極組件10以控制電極組件10的操作。
[0056] 第一引線片22由諸如鎳的導(dǎo)電材料制成，并且電連接至電路板21。第一引線片 22將電路板21電連接至電極組件10,并且安裝在電路板21的第一表面的中心部分上。第 一引線片22通過焊接而與電極組件10的正電極片36連接。
[0057] 第二引線片23位于電路板21在縱向上的一個端部上，以將電路板21電連接至電 極組件10。第二引線片23由諸如鎳的導(dǎo)電材料制成，并且通過焊接而連接至負(fù)電極片37。
[0058] 電路板21由沿著一個方向延伸的矩形薄板制成，作為印刷電路板。保護電路元件 被安裝在電路板21上。保護電路元件包括控制1C、充電和放電開關(guān)等。圍繞保護電路元件 的模制部分形成在電路板21的下部上。
[0059] 此外，外部端子21a安裝在電路板21上以電連接至外部負(fù)載或者充電器。此外， 電路板21形成有用于注入電解質(zhì)溶液的電解質(zhì)注入開口，電解質(zhì)注入開口安裝有密封塞 28以密封電解質(zhì)注入開口。
[0060] 蓋組件20的邊緣形成有沿著電路板21的周圍方向（circumference direction) 延伸的接合部分25。電路板21制成為矩形板形狀，因此接合部分25從電路板21的側(cè)端向 外突出以大致形成矩形環(huán)形狀。接合部分25連接至形成在殼體60中的開口 61以密封殼 體60。
[0061] 雖然已經(jīng)結(jié)合目前認(rèn)為可行的示例性實施例描述了本發(fā)明，但是將理解的是，本 發(fā)明不限于所公開的實施例，而是相反，旨在覆蓋隨附權(quán)利要求的精神和范圍之內(nèi)包含的 各種修改和等同布置。
[0062] 〈附圖標(biāo)記的說明〉
[0063] 10:電極組件 11 :正電極
[0064] 111 :正電極集電器
[0065] 112:正電極活性材料層
[0066] 11a:正電極涂覆部分
[0067] lib:正電極未涂覆部分 12:負(fù)電極
[0068] 121:負(fù)電極集電器
[0069] 122:負(fù)電極活性材料層
[0070] 12a:負(fù)電極涂覆部分
[0071] 12b:負(fù)電極未涂覆部分
[0072] 13 :分隔物 15 :處理過的毛刺
[0073] 17 :粗糙毛刺 20 :蓋組件
[0074] 21:電路板 22:第一引線片
[0075] 23:第二引線片 25:接合部分
[0076] 60 :殼體 30 :切割器
[0077] 31、32:刀片 40 :激光
[0078] 100:可充電電池
【權(quán)利要求】
1. 一種用于可充電電池的電極，應(yīng)用于所述可充電電池的正電極或負(fù)電極，其中 所述電極包括薄板形狀的集電器和涂覆在所述集電器上的活性材料層，所述集電器具 有在其側(cè)端上形成的激光處理過的毛刺。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中所述處理過的毛刺的端部具有圓弧的橫截面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極，其中所述處理過的毛刺的長度是其寬度的0. 5至3倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中所述電極包括其上涂覆活性材料層的涂覆部分 和其上沒有涂覆所述活性材料層的未涂覆部分，所述處理過的毛刺僅位于所述未涂覆部分 上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電極，其中未處理的粗糙毛刺位于所述涂覆部分上，所述粗 糙毛刺的長度小于所述活性材料層的厚度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電極，其中所述活性材料層的厚度為所述粗糙毛刺的長度的 1. 1至2倍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電極，其中所述電極包括其上涂覆活性材料層的涂覆部分和 其上沒有涂覆所述活性材料層的未涂覆部分，所述處理過的毛刺位于所述未涂覆部分和所 述涂覆部分上。
8. -種制造用于可充電電池的電極的方法，包括以下步驟： 在集電器上涂覆和形成活性材料層； 利用切割器切割其上形成有所述活性材料層的所述集電器；以及 通過激光處理形成在所述集電器的側(cè)端上的毛刺。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在切割步驟中，通過利用兩個刀片擠壓所述集電 器而切割所述集電器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在激光處理步驟中，激光照射到與所述集電器 的側(cè)端間隔開的位置。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述集電器包括其上涂覆活性材料層的涂覆部 分和其上沒有涂覆所述活性材料層的未涂覆部分，在所述激光處理步驟中，所述激光僅照 射到形成在所述未涂覆部分上的毛刺。
12. -種可充電電池，包括： 電極組件，包括第一電極和第二電極； 殼體，內(nèi)置所述電極組件；以及 蓋組件，耦接至所述殼體的開口中，其中 所述第一電極和所述第二電極的至少之一包括薄板形狀的集電器和涂覆在所述集電 器上的活性材料層，激光處理過的毛刺形成在所述集電器的側(cè)端上。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的可充電電池，其中所述處理過的毛刺的端部具有圓弧的橫 截面。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的可充電電池，其中所述處理過的毛刺的長度是其寬度的 0.5至3倍。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的可充電電池，其中所述電極包括其上涂覆活性材料層的涂 覆部分和其上沒有涂覆所述活性材料層的未涂覆部分，所述處理過的毛刺僅位于所述未涂 覆部分上。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的可充電電池，其中未處理的粗糙毛刺位于所述涂覆部分 上，所述活性材料層的厚度大于所述粗糙毛刺的長度。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的可充電電池，其中所述活性材料層的厚度為所述粗糙毛刺 的長度的1. 1至2倍。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的可充電電池，其中所述電極包括其上涂覆活性材料層的涂 覆部分和其上沒有涂覆所述活性材料層的未涂覆部分，所述處理過的毛刺位于所述未涂覆 部分和所述涂覆部分上。
【文檔編號】H01M4/02GK104103804SQ201410128687
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月1日
【發(fā)明者】卞仁燮, 李濟玩, 林永昌, 洪燦, 金英煥, 樸升熙, 金俊燮 申請人:三星Sdi株式會社