專(zhuān)利名稱(chēng)：鋰離子二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二次電池，更具體而言涉及一種鋰離子二次電池，其具有蓋組件(cap assembly)，適于在密封電解質(zhì)注入孔時(shí)防止蓋板變形。蓋組件包括蓋板，其具有預(yù)定的厚度和蓋板的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度對(duì)短軸長(zhǎng)度的預(yù)定比例。
背景技術(shù)：
近來(lái)已經(jīng)積極地開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)了輕型而緊湊的電器和電子設(shè)備，包括蜂窩電話、筆記本計(jì)算機(jī)和便攜式攝像機(jī)。這樣的便攜式電器和電子設(shè)備當(dāng)沒(méi)有分立的電源時(shí)依賴(lài)電池組工作。為了經(jīng)濟(jì)的原因，電池組一般包括可以充電和放電的二次電池。示范性二次電池包括鎳鎘(Ni-Cd)電池、鎳氫(Ni-MH)電池、鋰(Li)電池和鋰離子電池。
鋰二次電池在3.6V的電壓下運(yùn)行，該電壓比被廣泛使用為便攜式電子設(shè)備的電源的鎳氫電池和鎳鎘電池的電壓大三倍。鋰二次電池也具有高的單位重量的能量密度。因?yàn)檫@些原因，鋰二次電池的使用已經(jīng)擴(kuò)大。
鋰二次電池主要使用鋰基氧化物作為正電極活性材料和碳基材料作為負(fù)電極活性材料。依據(jù)所使用的電解質(zhì)的類(lèi)型，將鋰二次電池分類(lèi)，即，鋰離子電池使用液體電解質(zhì)，且鋰聚合物電池使用聚合物電解質(zhì)。鋰二次電池可以采取各種形狀，包括圓柱形、矩形和袋狀(pouch)。
典型的鋰離子二次電池包括電極組件，所述電極組件具有涂布有正電極活性材料的正電極組件、涂布有負(fù)電極活性材料的負(fù)電極組件和設(shè)置于正和負(fù)電極組件之間的分隔體。分隔體防止短路且僅允許鋰離子通過(guò)。鋰二次電池還包括電池殼體，用于容納電極組件；和電解質(zhì)，用于使鋰離子遷移，該電介質(zhì)是被注入電池殼體的。
將正電極片(electrode tab)連接到涂布有正電極活性材料的正電極組件。將負(fù)電極片連接到涂布有負(fù)電極活性材料的負(fù)電極組件。通過(guò)層壓正電極板(electrode plate)與所貼附的正電極片、負(fù)電極板與所貼附的負(fù)電極片以及分隔體從而制造電極組件。在層壓之后，纏繞正和負(fù)電極板以及分隔體來(lái)形成電極組件。
其后，將電極組件容納于電池殼體中，且殼體的開(kāi)口用蓋組件密封來(lái)防止電極組件脫離。將電解質(zhì)通過(guò)設(shè)置于蓋組件的蓋板上的電解質(zhì)注入孔注入電池殼體。然后將具有出色延展性的鋁球插入電解質(zhì)注入孔來(lái)密封該孔?？梢詫X球焊接到注入孔，或可以使用樹(shù)脂來(lái)增強(qiáng)密封。
但是，近來(lái)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)通過(guò)將球插入孔來(lái)密封電解質(zhì)注入孔導(dǎo)致了蓋板的嚴(yán)重變形。蓋板的這種變形主要由機(jī)械強(qiáng)度的減小造成，這在蓋板的厚度減小時(shí)發(fā)生。減小蓋板的厚度減小了電池尺寸而增加了充電容量。
當(dāng)蓋板嚴(yán)重變形時(shí)，殼體和蓋板之間的密封可能失效。另外，變形的蓋板可以對(duì)容納在電池殼體內(nèi)的電極組件的上表面施加壓力，由此在正和負(fù)電極之間產(chǎn)生短路。另外，電池殼體的內(nèi)部壓力可能改變，且即使在正常的充電和放電循環(huán)期間安全氣孔(safety vent)也可能斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
在一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種鋰離子二次電池，包括具有蓋板的蓋組件，所述蓋板具有預(yù)定的厚度和蓋板的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度對(duì)短軸長(zhǎng)度的預(yù)定比例。該結(jié)構(gòu)在密封電解質(zhì)注入孔時(shí)防止蓋板變形。
依據(jù)一個(gè)實(shí)施例的鋰離子二次電池包括果凍卷(jelly roll)型電極組件，所述電極組件具有第一和第二電極板和設(shè)置于第一和第二電極板之間的分隔體。所述電池還包括電池殼體，用于容納電池組件；和蓋組件，具有耦合到殼體的蓋板來(lái)密封殼體。蓋板包括包含2％或更少鎂的鋁和鎂的合金。
依據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，鋰離子二次電池包括纏繞(果凍卷型)電極組件，所述電極組件具有第一和第二電極板和設(shè)置于第一和第二電極板之間的分隔體。所述電池還包括電池殼體，用于容納電池組件；和蓋組件，具有耦合到殼體的蓋板來(lái)密封殼體。蓋板包括一種具有至少約15.00kgf/mm2的屈服強(qiáng)度的材料。
在一實(shí)施例中，蓋板具有從約0.7到約1.1mm范圍內(nèi)的厚度。蓋板的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度對(duì)蓋板的短軸的長(zhǎng)度的比例的范圍可以是從約1.3到約4.0。在另一實(shí)施例中，該比例為約3.0或更小。
蓋板可以包括一種材料，該材料選自由拉伸強(qiáng)度至少為15.50kgf/mm2的材料、剪切強(qiáng)度至少為10.00kgf/mm2的材料和布氏硬度(Brinell hardness)至少為40的材料構(gòu)成的組。


當(dāng)結(jié)合附圖，通過(guò)參考以下的詳細(xì)描述，本發(fā)明的以上和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加明顯，在附圖中圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰二次電池的示意性透視圖；以及圖2是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰離子二次電池的蓋板的透視圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)將參考附圖描述本發(fā)明的示范性實(shí)施例。在以下的描述和附圖中，相似的附圖標(biāo)記用于指示相似的組件以避免相同或相似組件的重復(fù)描述。
圖1是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰二次電池的示意性透視圖。如圖1所示，鋰二次電池100包括電池殼體110、容納于電池殼體110中的果凍卷型電極組件200，和耦合到電池殼體110的頂部的蓋組件300。
電池殼體110包括金屬材料且具有大致正方的形狀。殼體110自身可以作為端子。
電極組件200包括第一電極板210，具有貼附于其的第一電極片215(或正電極片)；第二電極板220，具有貼附于其的第二電極片225；和設(shè)置于第一和第二電極板210和220之間的分隔體230。將正和負(fù)電極板以及分隔體層壓在一起且纏繞來(lái)形成電極組件200。將電極組件200容納于電池殼體110中。分別從電極組件200延伸的第一和第二電極片215和225的部分可以通過(guò)絕緣帶(insulation tape)240與電極組件200絕緣來(lái)分別避免第一和第二電極板210和220之間的短路。
蓋組件300包括平蓋板310，其尺寸和形狀相應(yīng)于電池殼體110的開(kāi)口。蓋板310具有在其中心的端子過(guò)孔311和在一側(cè)上用于注入電解質(zhì)的電解質(zhì)注入孔312。通過(guò)在孔312中插入栓塞315來(lái)密封電解質(zhì)注入孔312。
如此設(shè)置端子過(guò)孔311使得可以將電極端子320(例如，負(fù)電極端子)通過(guò)過(guò)孔311插入。管狀墊圈330圍繞電極端子320，電絕緣端子和蓋板310。絕緣板340設(shè)置于蓋板310下面，且端子板350設(shè)置于絕緣板340和電池殼體110的開(kāi)口之間。
通過(guò)端子過(guò)孔311將電極端子插入。管狀墊圈330圍繞端子320的外周邊表面。電極端子320通過(guò)絕緣板340延伸，且在其下端電連接到端子板350。
從第一電極板210延伸的第一電極片215焊接到蓋板310的下表面，且從第二電極板220延伸的第二電極片225焊接到電極端子320的下端。
絕緣殼體360設(shè)置于電池殼體110的開(kāi)口的上方，且覆蓋電極組件200。絕緣殼體360電絕緣電極組件200和蓋組件300。絕緣殼體360具有電解質(zhì)注入孔362，該孔在位置上相應(yīng)于蓋板310的電解質(zhì)注入孔312的位置，使得能夠容易地注入電解質(zhì)。絕緣殼體360可以包括具有絕緣性能的聚合物樹(shù)脂，例如聚丙稀。
圖2是依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的鋰離子二次電池的蓋板的透視圖。如圖2所示，蓋板310具有端子過(guò)孔311和電解質(zhì)注入孔312。
蓋板包括一種具有至少約15.00kgf/mm2的屈服強(qiáng)度的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，蓋板包括包含2％或更少鎂的鋁和鎂的合金。因?yàn)樯w板310具有從約0.7到約1.1mm的范圍的厚度，所以材料的屈服強(qiáng)度特別重要。蓋板310也可以具有從約0.7到約0.8mm的范圍的厚度，在該范圍內(nèi)蓋板易變形，使得屈服強(qiáng)度更加關(guān)鍵。
依據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，蓋板310的長(zhǎng)軸A的長(zhǎng)度對(duì)短軸B的長(zhǎng)度的比例可以為約4.0或更小。在另一實(shí)施例中，該比例為約3.3或更小，而在又一實(shí)施例中，該比例為3.0。如果該比例大于4.0，當(dāng)密封電解質(zhì)孔312時(shí)蓋板310容易在長(zhǎng)軸A的方向上變形。如果該比例為3.0或更小，變形不容易發(fā)生，當(dāng)比例為3.0時(shí)，發(fā)生非常小的變形。
在一個(gè)實(shí)施例中，電解質(zhì)孔312設(shè)置于蓋板310上，使得孔312和板310的第一端410之間的距離(d1)短于孔312分別和蓋板310的第一和第二邊430和440的任一之間的距離(d2)。
在一個(gè)實(shí)施例中，蓋板310的長(zhǎng)軸A的長(zhǎng)度對(duì)短軸B的長(zhǎng)度的比例為至少1.3。在另一實(shí)施例中，比例為至少1.5。如果該比例小于1.3，蓋板對(duì)扭矩的抵抗力減小。
蓋板310可以包括或者一種具有至少15.50kgf/mm2的拉伸強(qiáng)度的材料、或者一種具有至少10.00kgf/mm2的剪切強(qiáng)度的材料，或者一種具有至少40的布氏硬度的材料。
用于密封電解質(zhì)注入孔的栓塞可以包括鋁，例如，JIS 1070鋁，其具有出色的延展性。栓塞具有約26到約27的維式硬度(Vikers hardness)。優(yōu)選地，栓塞從蓋板310的表面凸出約0.15mm或更小，使得能夠在密封時(shí)容易地激光焊接。
在將蓋板310耦合到電池殼體110的頂部期間，在注入電解質(zhì)期間和在用栓塞315密封電解質(zhì)孔312期間，本發(fā)明的蓋板抵抗變形。
總之，依據(jù)本發(fā)明的鋰離子二次電池可以在將栓塞315插入電解質(zhì)孔312時(shí)防止蓋板310變形。為了防止這樣的變形，本發(fā)明的蓋板具有預(yù)定的厚度和蓋板的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和短軸長(zhǎng)度的預(yù)定比例。
本發(fā)明的示范性實(shí)施例僅出于說(shuō)明的目的描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離由權(quán)利要求所界定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可以做出各種修改、添加和替換。
本發(fā)明要求于2004年9月8日在韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)No.2004-0071774的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其全部?jī)?nèi)容引入于此作為參考。
權(quán)利要求
1.一種鋰離子二次電池，包括電極組件，所述電極組件具有第一和第二電極板和設(shè)置于所述第一和第二電極板之間的分隔體；電池殼體，用于容納所述電極組件；和蓋組件，具有包括鋁和鎂的合金的蓋板，所述合金包含2％或更少的鎂，其中，所述蓋組件耦合到所述電池殼體來(lái)密封所述電池殼體，所述蓋組件電連接到所述電極組件。
2.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板具有從約0.7到約1.1mm的范圍的厚度。
3.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度對(duì)蓋板的短軸的長(zhǎng)度的比例的范圍是從約1.3到約4.0。
4.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板包括一種具有至少約15.50kgf/mm2的拉伸強(qiáng)度的材料。
5.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板包括一種具有至少約10.00kgf/mm2的剪切強(qiáng)度的材料。
6.如權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板包括一種具有至少40的布氏硬度的材料。
7.一種鋰離子二次電池，包括電極組件，所述電極組件具有第一和第二電極板和設(shè)置于所述第一和第二電極板之間的分隔體；電池殼體，用于容納所述電極組件；和蓋組件，具有蓋板，所述蓋板包括一種具有至少約15.00kgf/mm2的屈服強(qiáng)度的材料，其中，所述蓋組件耦合到所述電池殼體來(lái)密封所述電池殼體，所述蓋組件電連接到所述電極組件。
8.如權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板包括一種具有至少約15.50kgf/mm2的拉伸強(qiáng)度的材料。
9.如權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板包括一種具有至少約10.00kgf/mm2的剪切強(qiáng)度的材料。
10.如權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板包括一種具有至少40的布氏硬度的材料。
11.如權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板具有從約0.7到約1.1mm的范圍的厚度。
12.如權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度對(duì)蓋板的短軸的長(zhǎng)度的比例的范圍是從約1.3到約4.0。
13.如權(quán)利要求12所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度對(duì)蓋板的短軸的長(zhǎng)度的比例的范圍是從約1.5到約3.3。
14.如權(quán)利要求13所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度對(duì)蓋板的短軸的長(zhǎng)度的比例是3.0。
15.如權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板包括電解質(zhì)孔，所述電解質(zhì)孔如此設(shè)置，使得所述電解質(zhì)孔和所述蓋板的第一端之間的第一距離短于所述電解質(zhì)孔與所述蓋板的第一和第二邊之間的第二距離。
16.如權(quán)利要求7所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板包括鋁和鎂的合金，其中所述合金包含約2％或更少的鎂。
17.一種鋰離子二次電池，包括電極組件，所述電極組件具有第一和第二電極板和設(shè)置于所述第一和第二電極板之間的分隔體；電池殼體，用于容納所述電極組件；和蓋組件，具有蓋板，所述蓋板包括一種選自由下述材料構(gòu)成的組的材料一種具有至少約15.00kgf/mm2的屈服強(qiáng)度的材料，一種鋁和鎂的合金，其中所述合金包含約2％或更少的鎂，一種具有至少40的布氏硬度的材料，一種具有至少約10.00kgf/mm2的剪切強(qiáng)度的材料，一種具有至少約15.50kgf/mm2的拉伸強(qiáng)度的材料，和其混合物，其中，所述蓋組件耦合到所述電池殼體來(lái)密封所述電池殼體，所述蓋組件電連接到所述電極組件。
18.如權(quán)利要求17所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板具有從約0.7到約1.1mm的范圍的厚度。
19.如權(quán)利要求17所述的鋰離子二次電池，其中，所述蓋板的長(zhǎng)軸的長(zhǎng)度對(duì)蓋板的短軸的長(zhǎng)度的比例的范圍是從約1.3到約4.0。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種鋰離子二次電池。該電池包括具有蓋板的蓋組件，所述蓋板具有預(yù)定的厚度和蓋板的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度對(duì)短軸長(zhǎng)度的預(yù)定比例。該結(jié)構(gòu)在密封電解質(zhì)注入孔時(shí)防止蓋板變形。鋰離子二次電池包括果凍卷型電極組件，所述電極組件具有第一和第二電極板和設(shè)置于第一和第二電極板之間的分隔體。所述電池還包括電池殼體，用于容納電池組件；和蓋組件，包括鋁和鎂的合金，所述合金包含2％或更少的鎂。所述蓋組件包括耦合到電池殼體的端子板來(lái)密封殼體，且將蓋組件電連接到電極組件。
文檔編號(hào)H01M10/40GK1747196SQ20051009814
公開(kāi)日2006年3月15日 申請(qǐng)日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月8日
發(fā)明者全基允 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社