專利名稱：二次電池中具有分開的支撐帶的電極組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池，更特別地涉及具有改進(jìn)的結(jié)構(gòu)并以果凍卷形式附著到電極組件的下部的支撐帶，以便使電極組件能容易地嵌入到棱柱型二次電池的殼內(nèi)。
背景技術(shù)：
二次電池具有包括陽極板、陰極板和隔板的電極組件。使電極組件容納在由鋁或鋁合金制成的殼內(nèi)，然后向殼內(nèi)注入電解質(zhì)。在這種狀態(tài)下密封殼，就形成了二次電池。與殼絕緣的電極接線柱設(shè)置在二次電池的上部以形成二次電池的負(fù)極或正極。如果電極接線柱為正極，則殼用作負(fù)極，如果電極接線柱為負(fù)極，則殼用作正極。安全裝置如PTC(正溫度系數(shù))元件、熱熔絲和PCM(保護(hù)電路模塊)與二次電池連接。這類安全裝置與二次電池的陽極和陰極電連接，以在二次電池的電壓由于過充電或過放電而突然增加時，防止二次電池因施加于二次電池的電流中斷而被損害或損壞。使裝備有安全裝置的二次電池容納在一個箱中，就形成了二次電池組。
圖1為具有用于使果凍卷被嵌入到殼內(nèi)的單個支撐帶的常規(guī)二次電池的示意圖。參考圖1，常規(guī)二次電池包括電極組件11、陰極接頭12、陽極接頭13和單個支撐帶14。電極組件11包括陽極板、陰極板和插入在陽極板與陰極板之間的隔板，并被卷繞成果凍卷的形式。與陰極板電連接的陰極接頭12和與陽極板電連接的陽極接頭13從電極組件11的上部向上引出。電極組件以果凍卷形式被容納在由金屬如鋁制成的六面體形狀的殼(未示出)內(nèi)。
當(dāng)電極組件11以果凍卷形式嵌入到殼內(nèi)時，將具有規(guī)定長度和規(guī)定寬度的單個支撐帶14附著到電極組件11的下部，以便使電極組件11能被容易地嵌入到殼內(nèi)。如圖1所示，常規(guī)的單個支撐帶14除了在電極組件11的兩個底邊處形成的約1至2mm的規(guī)定空白區(qū)，完全環(huán)繞電極組件11的下部。
但是，當(dāng)將下部裝有單個支撐帶的電極組件容納在殼中進(jìn)行二次電池的安全性試驗時，可能會出現(xiàn)下面的問題首先，當(dāng)通過在其寬度方向上擠壓電池的兩個側(cè)部進(jìn)行電池安全性試驗以評價電池中燃燒的可能性時，電池的中部因電池被壓縮而彎曲，從而電池被折疊。此時，由于單個支撐帶支撐電極組件的下部，因而在電極組件下半部的中部可能會出現(xiàn)皺紋。因此，電池中燃燒的可能性可能會因硬短路而增加。
第二，如果單個支撐帶強(qiáng)有力地夾緊電極組件的下部，則電解質(zhì)不能充分地流入到電極組件的下部，從而降低了電池的性能如電池容量。
第三，由于單個支撐帶基本上覆蓋了電極組件下部的全部區(qū)域，因此需要大量的單個支撐帶，從而增加了電池的制造成本。此外，單個支撐帶的必要性僅僅在于使電極組件能容易地嵌入到殼內(nèi)，在電極組件被嵌入到殼內(nèi)后，如果單個支撐帶松松地附著到電極組件的下部，則單個支撐帶會從電極組件上松脫掉。因此，必須重新考慮單個支撐帶的這種過度使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述問題作出本發(fā)明，本發(fā)明的一個目的是提供一種電極組件，該組件能降低在二次電池由于施加其上的外力被壓縮時由硬短路引起的二次電池中燃燒的可能性，能通過使電解質(zhì)充分地流到電極組件的下部來防止電池性能下降，并能通過減少使用的分開的支撐帶的數(shù)量降低二次電池的制造成本。
為實現(xiàn)上述目的，提供一種電極組件，該組件包括用于進(jìn)行充電和放電操作的陰極板、陽極板和隔板；和附著到電極組件下部以使電極組件被容易地嵌入到殼內(nèi)的分開的支撐帶。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，分開的支撐帶對稱地附著到電極組件中心部分附近的電極組件的下部并以預(yù)定的距離彼此隔開。
另外，分開的支撐帶可非對稱地附著到電極組件中心部分附近的電極組件的下部并以預(yù)定的距離彼此隔開。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，至少具有兩個分開的支撐帶，分別附著到電極組件下部的兩側(cè)上。
分開的支撐帶的總長度在電極組件總寬度的約1/4至3/4的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，分開的支撐帶的第一側(cè)端與電極組件的縱向中心線相隔超過電極組件總寬度的10％，分開的支撐帶的第二側(cè)端與電極組件的一個側(cè)端相隔超過電極組件總寬度的10％，當(dāng)分開的支撐帶附著到電極組件時，分開的支撐帶具有在約3至8mm范圍內(nèi)的高度。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，分開的支撐帶具有約20至60μm的厚度。
分開的支撐帶具有至少2kgf/cm2的抗拉強(qiáng)度。
根據(jù)本發(fā)明的示例性實施方式，分開的支撐帶具有至少50％的伸長率。
分開的支撐帶包括選自聚酰亞胺、聚乙烯和聚丙烯中的一種。
分開的支撐帶具有至少20g/mm的粘合強(qiáng)度。
在分開的支撐帶的一個表面上涂敷丙烯酸類粘合劑。
用0.1至0.4MPa的壓力將分開的支撐帶附著到電極組件上。


圖1為具有用于使電極組件容易地嵌入到殼內(nèi)的單個支撐帶的果凍卷形式的常規(guī)電極組件的透視圖；圖2a為根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的具有分開的支撐帶的電極組件的透視圖；和圖2b為附著到根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的電極組件下部的分開的支撐帶的前視剖面圖。
具體實施例方式
下文中，將結(jié)合附圖描述本發(fā)明的示例性實施方式。
圖2a為根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的具有分開的支撐帶的電極組件的透視圖。
如圖2a所示，本發(fā)明包括電極組件11、陰極接頭12、陽極接頭13和分開的支撐帶24。
為了制造電極組件11，將活性材料涂敷到集電極的兩個表面上。然后，干燥集電極并進(jìn)行輥壓處理，以便將集電極切成陽極板和陰極板。在這種狀態(tài)下，在陽極板和陰極板中間插入隔板后卷繞陽極板和陰極板，就形成電極組件11。也就是說，在隔板周圍交替地排列陽極板和陰極板后，通過使用橢圓形的繞線芯軸以螺旋形模式卷繞陽極板和陰極板，就形成了電極組件。此時，在電極組件的最外面部分再卷繞陰極板1次，并用帶密封電極組件。在以果凍卷形式形成橢圓形電極組件后，對橢圓形電極組件進(jìn)行擠壓加工以便將橢圓形電極組件嵌入到棱柱形殼內(nèi)。這里，陽極板的寬度小于陰極板的寬度，且陰極板的寬度小于隔板的寬度。
通過在金屬集電極的兩個表面上涂敷漿料如陽極活性材料、粘合劑或?qū)щ妱┬纬申枠O板。例如，通過在由鋁箔制成的集電極的兩個表面上均勻地涂敷混合物(漿料或糊料)形成陽極板，其中混合物由陽極材料LiNixCoyO2、導(dǎo)電劑特級P和粘合劑聚偏氟乙稀(PVDF)與無機(jī)溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合組成。在這種狀態(tài)下，對集電極進(jìn)行干燥處理以除去無機(jī)溶劑，然后進(jìn)行輥壓處理，從而得到厚度約為0.147mm的陽極板。
通過在金屬集電極的兩個表面上涂敷漿料如陽極活性材料、粘合劑或?qū)щ妱┬纬申帢O板。例如，通過在由銅箔制成的集電極的兩個表面上均勻地涂敷混合物(漿料或糊料)形成陽極板，其中混合物由陽極材料MCF和粘合劑聚偏氟乙稀(PVDF)與無機(jī)溶劑N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合組成。在這種狀態(tài)下，對集電極進(jìn)行干燥處理以除去無機(jī)溶劑，然后進(jìn)行輥壓處理，從而得到厚度約為0.173mm的陰極板。
通過使用厚度約為0.025mm的聚乙烯多孔膜(其具有穩(wěn)定性并很少與無機(jī)溶劑反應(yīng))形成隔板。
形成陽極板和陰極板的集電極可由任何材料制成，只要它們不產(chǎn)生化學(xué)變化即可。通常，集電極由鋁、銅、不銹鋼、鎳、鈦或塑性碳制成。另外，可用碳、鎳、鈦或銀涂敷集電極的表面。在為鋰離子二次電池時，考慮耐氧化性能、電極的柔韌性和成本，陽極板由鋁箔制成，陰極板由銅箔制成。銅箔或鋁箔的厚度約為1至30μm，優(yōu)選約為5至20μm。但是，本發(fā)明不限制銅箔或鋁箔的厚度。
類似于集電極的陰極板，陰極接頭12由銅或鎳制成。由銅制成的陰極接頭12具有約1至10mm的寬度和約5至50000μm的厚度。
類似于集電極的陽極板，陽極接頭13由鋁或鎳制成。由鋁制成的陽極接頭13具有約1至10mm的寬度和約5至50000μm的厚度。
分開的支撐帶24以預(yù)定的高度環(huán)繞電極組件11的下部。分開的支撐帶24中的每一個分別地附著到電極組件11中心附近的電極組件11的兩側(cè)部分。盡管圖2a示出了二個分別地附著到電極組件11中心附近的電極組件11的兩側(cè)部分的分開的支撐帶24，但也可提供四個分開的支撐帶。在這種情況下，二個支撐帶24附著到電極組件11的每一側(cè)部上。這里，在靠近電極組件11縱向中心線的電極組件下部的預(yù)定區(qū)域內(nèi)不提供分開的支撐帶24。盡管如果電極組件11沒有分開的支撐帶24是更優(yōu)選的，但在這種情況下，電極組件11的下部在電極組件11被嵌入到殼內(nèi)時可能會被損壞。因此，優(yōu)選設(shè)定分開的支撐帶24的總長度為電極組件11寬度的1/4至3/4，于是分開的支撐帶24能充分地支撐電極組件的下部。如果分開的支撐帶24的總長度小于電極組件11寬度的1/4，則分開的支撐帶24不能充分地支撐電極組件11。另外，由于分開的支撐帶24的功能是簡單地在電極組件11被嵌入到殼內(nèi)時夾緊電極組件11的下部，因此沒有必要形成分開的支撐帶的總長度以與電極組件11的寬度相同。具體地說，沒有必要形成分開的支撐帶的總長度超過電極組件11寬度的3/4。
分開的支撐帶24由具有優(yōu)良伸長性能的材料制成。優(yōu)選地，分開的支撐帶24由伸長率為至少50％的材料制成。如果分開的支撐帶24的伸長率小于50％，則分開的支撐帶24難以緊緊地夾緊電極組件11。另外，分開的支撐帶24必須具有至少2kgf/cm2的抗拉強(qiáng)度。如果分開的支撐帶24具有小于2kgf/cm2的抗拉強(qiáng)度，則分開的支撐帶24不能充分地支撐電極組件11。優(yōu)選地，分開的支撐帶24由聚酰亞胺、聚乙烯或聚丙烯制成，它們具有對二次電池電解質(zhì)的優(yōu)良耐受性。
另外，優(yōu)選將很少與二次電池的電解質(zhì)反應(yīng)并具有至少20g/mm的粘合力的丙烯酸類粘合劑涂敷到分開的支撐帶24的表面上。如果丙烯酸類粘合劑的粘合力小于20g/mm，則分開的支撐帶24不能充分地支撐電極組件11。
優(yōu)選地，分開的支撐帶24具有約20至60μm的厚度。如果分開的支撐帶24具有小于20μm的厚度，則分開的支撐帶24不能充分地支撐電極組件11。相反，如果分開的支撐帶24具有大于60μm的厚度，則電極組件11的厚度增加。
另外，優(yōu)選地，當(dāng)分開的支撐帶24附著到電極組件11上時，分開的支撐帶24具有約3至8mm的高度。如果分開的支撐帶24的高度小于3mm，則分開的支撐帶24和電極組件11之間的接觸面積太小，從而分開的支撐帶24不能牢固地附著到電極組件11上。另外，如果分開的支撐帶24的高度超過8mm，則不僅電極組件11的厚度增加，而且分開的支撐帶24的數(shù)量不必要地增加。
另外，優(yōu)選當(dāng)電極組件11已被嵌入到殼內(nèi)時能保護(hù)電極組件11的下部不受外壓。因此，當(dāng)電極組件11已被嵌入到殼內(nèi)時，優(yōu)選從電極組件11的下部放下分開的支撐帶24。在分開的支撐帶24不能從電極組件11的下部放下的情況下，必須將分開的支撐帶24施加在電極組件11下部的影響減到最少。為此，當(dāng)附著分開的支撐帶24到電極組件11時，應(yīng)降低轉(zhuǎn)筒的壓力。也就是說，將由轉(zhuǎn)筒施加的附著分開的支撐帶24到電極組件11的壓力設(shè)定在約0.1至0.4MPa的范圍內(nèi)。如果轉(zhuǎn)筒的壓力小于0.1MPa，則分開的支撐帶24不能附著到電極組件11上。
圖2b為附著到根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的電極組件下部的分開的支撐帶的前視剖面圖。參考圖2b，二個分開的支撐帶附著到電極組件11縱向中心線附近的電極組件11下部的兩側(cè)，同時以預(yù)定的距離彼此隔開。假設(shè)電極的總寬度為“a”，電極組件11的一個側(cè)端和分開的支撐帶24的一個側(cè)端之間的長度為“b”，電極組件11縱向中心線和分開的支撐帶24的另一個側(cè)端之間的長度為“c”，在改變分開的支撐帶的寬度的同時進(jìn)行對二次電池的壓縮試驗。結(jié)果，二次電池的各種燃燒可能性如下面的試驗例1至4所示。通過向帶電二次電池施加13KN的壓縮力2秒鐘進(jìn)行壓縮試驗，同時在側(cè)面排列一個帶電的二次電池與夾緊帶電二次電池的夾具平行。另外，在從夾具卸下二次電池后，檢查二次電池的燃燒。
試驗例1當(dāng)在b/a＝0和c/a＝0的條件下進(jìn)行壓縮試驗時，二次電池的燃燒可能性約為30％。
試驗例2當(dāng)在b/a＝0.1和c/a＝0的條件下進(jìn)行壓縮試驗時，二次電池中燃燒的比率約為20％。
試驗例3當(dāng)在b/a＝0和c/a＝0.1的條件下進(jìn)行壓縮試驗時，二次電池中燃燒的比率約為20％。
試驗例4當(dāng)在b/a＝0.1和c/a＝0.1的條件下進(jìn)行壓縮試驗時，二次電池中燃燒的比率約為5％。
從以上試驗例可認(rèn)識到，如果b/a和c/a超過0.1，則二次電池中燃燒的比率顯著降低。因此，優(yōu)選放置分開的支撐帶離電極組件11縱向中心線超過電極組件11總寬度的10％。另外，優(yōu)選放置分開的支撐帶的一個側(cè)端離電極組件11的一個側(cè)端超過電極組件11總寬度的10％。考慮到嵌入電極組件11到殼內(nèi)時出現(xiàn)的嵌入故障，分開的支撐帶的另一個側(cè)端必須與電極組件縱向中心線相隔超過電極組件11總寬度的10％。在這種情況下，即使分開的支撐帶24的一個側(cè)端與電極組件的一個側(cè)端相隔1至2mm也不要緊。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的具有分開的支撐帶的電極組件能降低在二次電池由于施加其上的外力而被毀壞時由硬短路引起的二次電池中燃燒的可能性，能通過使電解質(zhì)充分地流到電極組件的下部來防止電池性能下降，并能通過減少使用的分開的支撐帶的數(shù)量降低二次電池的制造成本。
盡管已結(jié)合目前被認(rèn)為是最實用并優(yōu)選的實施方式描述了本發(fā)明，但可以認(rèn)識到，本發(fā)明不限于公開的實施方式和附圖，而是旨在包括在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)的各種更改和變化。
權(quán)利要求
1.一種電極組件，包括用于進(jìn)行充電和放電操作的陰極板、陽極板和隔板；和附著到電極組件下部以使電極組件被容易地嵌入到殼內(nèi)的分開的支撐帶。
2.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，分開的支撐帶對稱地附著到電極組件中心部分附近的電極組件的下部并以預(yù)定的距離彼此隔開。
3.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，分開的支撐帶非對稱地附著到電極組件中心部分附近的電極組件的下部并以預(yù)定的距離彼此隔開。
4.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，至少有兩個分開的支撐帶，并有兩個分開的支撐帶附著到電極組件下部的每一側(cè)上。
5.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，分開的支撐帶的總長度在電極組件總寬度的約1/4至3/4的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求5所述的電極組件，其特征在于，分開的支撐帶的第一側(cè)端與電極組件的縱向中心線相隔超過電極組件總寬度的10％，分開的支撐帶的第二側(cè)端與電極組件的一個側(cè)端相隔超過電極組件總寬度的10％。
7.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，當(dāng)分開的支撐帶附著到電極組件時，分開的支撐帶具有在約3至8mm范圍內(nèi)的高度。
8.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，分開的支撐帶具有約20至60μm的厚度。
9.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，分開的支撐帶具有至少2kgf/cm2的抗拉強(qiáng)度。
10.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，分開的支撐帶具有至少50％的伸長率。
11.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，分開的支撐帶包括選自聚酰亞胺、聚乙烯和聚丙烯中的一種。
12.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，分開的支撐帶具有至少20g/mm的粘合強(qiáng)度。
13.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，在分開的支撐帶的一個表面上涂敷丙烯酸類粘合劑。
14.如權(quán)利要求1所述的電極組件，其特征在于，用0.1至0.4MPa的壓力將分開的支撐帶附著到電極組件上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種附著到電極組件的分開的支撐帶。電極組件包括用于進(jìn)行充電和放電操作的陰極板、陽極板和隔板。分開的支撐帶附著到電極組件下部，以使電極組件被容易地嵌入到殼內(nèi)。
文檔編號H01M2/00GK1612376SQ20041008367
公開日2005年5月4日 申請日期2004年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月15日
發(fā)明者金在雄 申請人:三星Sdi株式會社