專利名稱：圓柱形鋰充電電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圓柱形鋰充電電池。更具體地說，本發(fā)明涉及一種包括具有短路保護(hù)部分以防止電極組件短路的芯構(gòu)件的圓柱形鋰充電電池。
背景技術(shù)：
近來，已經(jīng)廣泛地研究和制造了小且重量輕的電子裝置諸如蜂窩電話、筆記本電腦和可攜式攝像機(jī)。為了在沒有單獨(dú)的電源的情況下操作，這些裝置具有內(nèi)置電池組。內(nèi)置電池組至少包括一個用于輸出預(yù)定的電壓以驅(qū)動便攜式電子裝置預(yù)定的時間周期的電池。
為了經(jīng)濟(jì)的使用，電池組通常使用充電電池。例如，充電電池可以是鎳鎘(Ni-Cd)電池、鎳氫(Ni-MH)電池和諸如鋰(Li)電池、鋰離子(Li-ion)電池的鋰電池。
具體地說，鋰充電電池的操作電壓(3.6V)可以比在便攜式電子裝置中廣泛使用的鎳鎘電池和鎳氫電池的操作電壓高大約三倍。此外，鋰充電電池的能量密度(每單位重量的能量)比鎳鎘電池和鎳氫電池的能量密度大。因此，鋰充電電池的使用已快速增長。
在通常的鋰充電電池中，鋰氧化物材料用作正極活性材料，碳材料用作負(fù)極活性材料。通常，根據(jù)所使用的電解質(zhì)溶液的類型，鋰充電電池可分為液體電解質(zhì)電池或聚合物電解質(zhì)電池。另外，使用液體電解質(zhì)的電池通常叫作鋰離子電池，使用聚合物電解質(zhì)的電池通常叫作鋰聚合物電池。此外，鋰充電電池可以以各種形狀制造。代表性的形狀包括圓筒形、多邊形和袋狀形。
典型的圓柱形鋰充電電池包括電極組件，該電極組件具有涂覆有正極活性材料的正極板、涂覆有負(fù)極活性材料的負(fù)極板和置于正負(fù)極板之間以防止正負(fù)極板之間短路的隔體。這些部件基本上圓柱狀地纏繞在一起并布置在圓筒形殼體中。電解質(zhì)溶液注入圓筒形殼體以使鋰離子移動。
圓柱形鋰充電電池的制造如下。
首先，堆疊涂覆有正極活性材料并連接到正極帶的正極板、涂覆有負(fù)極活性材料并連接到負(fù)極帶的負(fù)極板和隔體。然后以基本上圓柱形纏繞該堆疊體，從而完成電極組件。
接著，將基本上圓柱狀的電極組件放進(jìn)圓筒形殼體，執(zhí)行用于防止電極組件分離的工藝，電解質(zhì)溶液注入圓筒形殼體，密封殼體。
通常，在圓柱形鋰充電電池中，在電極組件的中心部分可形成空的空間。然而，空的空間會使電極組件展開和變形。
已提出一種將預(yù)定的芯構(gòu)件插入電極組件的中心空間的方法以解決這個問題。
圖1是用于解釋傳統(tǒng)的芯構(gòu)件的透視圖。
參見圖1，可以以通過使板彎曲的管的形狀來構(gòu)造傳統(tǒng)的芯構(gòu)件100，在芯構(gòu)件100中，沿著其縱向形成切口110。
芯構(gòu)件100可以防止纏繞的電極組件展開。另外，芯構(gòu)件100可以防止電極組件由于外部壓力而導(dǎo)致的變形。也就是說，芯構(gòu)件100也可以支撐電極組件抵抗外部壓力。
然而，如果外部壓力使芯構(gòu)件100移動或變形，則會損壞電極組件，特別是損壞隔體。更具體地說，由于沿著芯構(gòu)件100的縱向形成的切口110的上端和下端是銳利的，所以邊緣會刺入電極組件，特別會刺入隔體，從而損壞電極組件。
如上所述，對隔體的損壞會導(dǎo)致正、負(fù)極板之間發(fā)生短路，使得圓柱形鋰充電電池破壞或爆炸。
為了解決上述問題，如在早期公開的第03-092148號日本申請中公開的那樣，可通過使切口110的兩端在芯構(gòu)件100的向內(nèi)的方向上彎曲來構(gòu)造芯構(gòu)件100。
然而，當(dāng)外部壓力施加到電極組件上時，芯構(gòu)件100不能充分地支撐電極組件抵抗與切口110的兩端被彎曲的部分相對應(yīng)的外部壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種包括具有短路保護(hù)部分以防止電極組件短路的芯構(gòu)件的圓柱形鋰充電電池。
在下面的描述中將闡述本發(fā)明的另外特征，還有一部分通過描述將是清楚的，或者可以通過本發(fā)明的實(shí)施而得知。
本發(fā)明公開了一種圓柱形鋰充電電池，該鋰充電電池包括纏繞型電極組件，具有第一極板、第二極板和第一、第二極板之間的隔體；芯構(gòu)件，布置在電極組件的中心空間中且具有短路保護(hù)部分；殼體，具有用于容納電極組件的空間；帽組件，聯(lián)合到殼體的上部以密封殼體。
應(yīng)該理解，上面的總體描述和下面的詳細(xì)描述都是示例性的和解釋性的，并意圖提供如權(quán)利要求的本發(fā)明的進(jìn)一步解釋。


附圖示出了本發(fā)明的實(shí)施例，并和說明書一起用來解釋本發(fā)明的原理，附圖被包括以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并結(jié)合在說明書中構(gòu)成該說明書的一部分。
圖1是用于解釋傳統(tǒng)的芯構(gòu)件的透視圖。
圖2A是用于解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池的透視圖。
圖2B是沿著圖2A的線A-A的剖視圖。
圖3A、圖3B和圖3C是用于解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池的芯構(gòu)件的視圖。
圖4是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池的方法的流程圖。
圖5A、圖5B、圖5C和圖5D是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池的方法的視圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖更加全面地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以以多種不同的形式實(shí)施，不應(yīng)理解為限于這里提出的實(shí)施例。此外，提供這些實(shí)施例以使本公開是徹底的，并將本發(fā)明的范圍完全傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為清晰起見，夸大了層和區(qū)域的尺寸及相對尺寸。
應(yīng)該理解，當(dāng)元件諸如層、膜、區(qū)域或基板被稱為在另一元件“上”時，可以直接在另一元件上或者也可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱為“直接”在另一元件“上”時，不存在中間元件。同樣的標(biāo)號表示同樣的部件。
圖2A是用于解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池的透視圖。圖2B是沿著圖2A的線A-A的剖視圖。
參見圖2A和圖2B，圓柱形鋰充電電池200包括電極組件300、圓筒形殼體400、帽組件500、電解質(zhì)溶液600和芯構(gòu)件700。電極組件300在充電期間和放電期間產(chǎn)生電壓差。圓筒形殼體400容納電極組件300，并且帽組件500包括在圓筒形殼體400的上部以防止電極組件300分離。電解質(zhì)溶液600注入圓筒形殼體400以使鋰離子在電極組件300中移動，芯構(gòu)件700布置在電極組件300的中心空間中。
電極組件300包括涂覆有正極活性材料和負(fù)極活性材料之一(例如，正極活性材料)的第一極板310、涂覆有正極活性材料和負(fù)極活性材料中的另一個(例如，負(fù)極活性材料)的第二極板320、布置在第一極板310和第二級板320之間的隔體330。隔體330防止第一極板310和第二級板320之間短路，并使鋰離子在第一極板310和第二級板320之間移動。第一極板310、第二級板320和隔體330以基本上圓柱形纏繞，并容納在圓筒形殼體400中。第一電極帶315與第一極板310結(jié)合，第一電極帶315通?？捎射X(Al)制成并向上突出預(yù)定的長度。另外，第二電極帶325與第二極板320結(jié)合，第二電極帶325通常可由鎳(Ni)制成并向下突出預(yù)定的長度。此外，上絕緣板341和下絕緣板345分別附在電極組件300的上部和下部，以避免與帽組件500和圓筒形殼體400接觸。
圓筒形殼體400具有預(yù)定的空間和預(yù)定直徑的圓筒形表面410，圓柱型的電極組件300可插入該預(yù)定的空間中。底板420布置在圓筒型表面410的下部以封閉圓筒形表面410的下部空間。圓筒形表面410的上部是開著的，以使電極組件300可插進(jìn)圓筒形殼體400中。電極組件300的第一電極帶315和第二電極帶325之一(例如，第二電極帶325)附在底板420的中心部分，以使圓筒形殼體400可用作與第二極板320(例如，負(fù)極端口)相同的電極。另外，圓筒形殼體400通?？捎射X(Al)、鐵(Fe)或鋁鐵合金制成。圓筒形殼體400也包括卷曲部分430和彎曲部分440，卷曲部分430具有一側(cè)彎曲的結(jié)構(gòu)以向下壓帽組件500的上部，彎曲部分440具有內(nèi)縮的結(jié)構(gòu)以向上壓帽組件500的下部。
帽組件500包括導(dǎo)電安全閥510、印刷電路板(PCB)520、正溫度系數(shù)器件530、導(dǎo)電電極帽540和絕緣墊圈550。第一電極帶315可焊接到導(dǎo)電安全閥510，萬一過充或產(chǎn)生非正常的熱量導(dǎo)電安全閥510可倒置它的形狀。PCB520和導(dǎo)電安全閥510的上部電結(jié)合且機(jī)械結(jié)合，如果導(dǎo)電安全閥510倒置時，則電路斷開。正溫度系數(shù)器件530和印刷電路板520的上部電結(jié)合且機(jī)械結(jié)合，電路在或超過預(yù)定的溫度斷開。導(dǎo)電電極帽540和正溫度系數(shù)器件530的上部電結(jié)合且機(jī)械結(jié)合，以將實(shí)際電流施加到外部。絕緣墊圈550的形狀為包圍導(dǎo)電安全閥510、PCB 520、正溫度系數(shù)器件530和電極帽540的圓周部分，以將這些部件與圓筒形殼體400絕緣。這里，電極帽540與電極組件300的第一電極帶315或第二電極帶325中的另一個(例如，第一電極帶315)電結(jié)合，以使電極帽540可用作與第一極板310(例如，正極端口)相同的電極。
電解質(zhì)溶液600用作鋰(Li)離子可移動的介質(zhì)。在充電和放電階段，通過在電池中的正極和負(fù)極處的電化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生鋰離子。可使用多種電解質(zhì)溶液600。例如，電解質(zhì)溶液600可以是非水有機(jī)電解質(zhì)溶液，非水有機(jī)電解質(zhì)溶液是鋰鹽和純有機(jī)溶劑的混合物。另外，電解質(zhì)溶液600可以是使用聚合物電解質(zhì)的聚合物。
芯構(gòu)件700插入纏繞型電極組件300的中心空間，以防止電極組件300松開和展開，并防止電極組件300由于外部壓力而導(dǎo)致的變形。另外，在第二電極帶325焊接到底板420的中心部分的情況下，插入纏繞型電極組件300的中心空間的芯構(gòu)件700擠壓第二電極帶325，以使第二電極帶325與圓筒形殼體400的底板420接觸。芯構(gòu)件700的形狀基本上是管狀。此外，切口沿著芯構(gòu)件700的縱向形成。當(dāng)芯構(gòu)件700加到電極組件300時，切口可保持預(yù)定的距離分開狀態(tài)。在一些例子中，切口可處于接觸狀態(tài)。此外，芯構(gòu)件700具有短路保護(hù)部分，以防止當(dāng)插入或移動芯構(gòu)件700時破壞電極組件300，具體地說，防止破壞隔體330。
圖3A、圖3B和圖3C是用于解釋根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池的芯構(gòu)件的視圖。
參見圖3A、圖3B和圖3C，圓柱形鋰充電電池的芯構(gòu)件700基本被構(gòu)造成具有切口710的管狀，切口710沿著芯構(gòu)件700的縱向形成。至少在切口710的兩側(cè)邊緣的上端和下端中的下端設(shè)置短路保護(hù)部分720。這里，當(dāng)芯構(gòu)件700插入電極組件300的中心空間時，或者當(dāng)芯構(gòu)件700由于外部沖擊諸如被滑落而移動時，短路保護(hù)部分720可防止芯構(gòu)件700損壞電極組件300，具體地說，可防止芯構(gòu)件700損壞隔體330，從而防止第一極板310和第二極板320之間短路。
可以以各種形狀構(gòu)造芯構(gòu)件的短路保護(hù)部分720。
例如，如圖3A所示，短路保護(hù)部分720可被形成，以使芯構(gòu)件700的切口710的兩側(cè)邊緣的上端和下端中的至少下端部分被在芯構(gòu)件700的向內(nèi)的方向上彎曲或折疊。
可選擇地，如圖3B所示，短路保護(hù)部分720可形成為芯構(gòu)件700的切口710的兩側(cè)邊緣的上端和下端中的至少下端具有錐形形狀或倒角。這里，短路保護(hù)部分720的錐形角α小于90°，優(yōu)選地在30°至60°的范圍內(nèi)。
可選擇地，如圖3C所示，短路保護(hù)部分720可形成為芯構(gòu)件700的切口710的兩側(cè)邊緣的上端和下端中的至少下端具有圓形(即，曲線)形狀。
圖4是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池的方法的流程圖。
參見圖4，制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池的方法包括形成電極組件300的電極組件形成步驟S1、結(jié)合電極組件300的電極組件結(jié)合步驟S2、插入芯構(gòu)件700的芯構(gòu)件插入步驟S3、注入電解質(zhì)溶液600的電解質(zhì)溶液注入步驟S4和聯(lián)合帽組件500的帽組件聯(lián)合步驟S5。
圖5A、圖5B、圖5C和圖5D是用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池的方法的視圖。將參照圖4、圖5A、圖5B、圖5C和圖5D描述用于解釋制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池的方法。
參見圖5A，在電極組件形成步驟S1中，第一極板310、隔體330和第二極板320按順序地堆疊。然后轉(zhuǎn)軸800布置在堆疊結(jié)構(gòu)的一端，堆疊結(jié)構(gòu)被以基本圓柱形纏繞，從而完成電極組件300。這里，在纏繞工藝之前，第一電極帶315和第二電極帶325分別附到第一極板310和第二極板320。
參見圖5B，在電極組件結(jié)合步驟S2中，圓柱形電極組件300和圓筒形殼體400結(jié)合。在電極組件300和圓筒形殼體400結(jié)合之后，轉(zhuǎn)軸800從電極組件300分離，從而在電極組件300的中心部分形成基本圓柱形的空間。
這里，轉(zhuǎn)軸800可以在電極組件300被結(jié)合之前分離，但是本發(fā)明不限于此。另外，下絕緣板345(圖5C)預(yù)先與圓筒形殼體400結(jié)合。
參見圖5C，在芯構(gòu)件插入步驟S3中，芯構(gòu)件700被插進(jìn)電極組件300的中心部分的空間中，這個空間通過分離轉(zhuǎn)軸800而產(chǎn)生。
在插芯構(gòu)件700之前，電極組件300的第一電極帶315和第二電極帶325之一(例如，第二電極帶325)可通過阻焊附到圓筒形殼體400的底板420。因此，芯構(gòu)件700的布置方式為與第二電極帶325的上表面接觸，以確保第二電極帶325結(jié)合到圓筒形殼體400。芯構(gòu)件700的高度可以是電極組件300的高度的大約90％至110％。如果芯構(gòu)件700的高度小于電極組件300的高度的90％，則用于固定和支撐電極組件300的力太弱。另一方面，如果芯構(gòu)件700的高度大于電極組件300的高度的110％，則芯構(gòu)件700會接觸帽組件500的部件。
接著，在電解質(zhì)溶液注入步驟S4中，電解質(zhì)溶液600被注入直到電極組件300的上端。在充電和放電期間，電解質(zhì)溶液600使得鋰離子在第一極板310和第二極板320之間移動。
參見圖5D，在帽組件聯(lián)合步驟S5中，帽組件500和圓筒形殼體400的上部聯(lián)合，以防止電極組件300和芯構(gòu)件700分離，從而防止電解質(zhì)溶液泄露。
更具體地說，環(huán)形的絕緣墊圈550與圓筒形殼體400的上部聯(lián)合，導(dǎo)電安全閥510、PCB 520、正溫度系數(shù)器件530和電極帽540按順序地聯(lián)合，導(dǎo)電安全閥510與電極組件300的第一電極帶315和第二電極帶325之一(例如，第一電極帶315)電連接。
接著，對圓筒形殼體400與絕緣墊圈550的下部對應(yīng)的部分進(jìn)行彎曲工藝，從而形成內(nèi)縮的彎曲部分440。另外，對圓筒形殼體400的上部進(jìn)行卷曲工藝，以形成卷曲部分430。彎曲部分440和卷曲部分430防止帽組件500分離。結(jié)果，完成圓柱形鋰充電電池200。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圓柱形鋰充電電池200中，由于芯構(gòu)件700包括短路保護(hù)部分720，所以可防止由于芯構(gòu)件700的插入或移動而導(dǎo)致的隔體330的破損。因此，可防止電極組件300的第一極板310和第二極板320之間短路。
此外，與傳統(tǒng)的芯構(gòu)件不同的是，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的芯構(gòu)件700中，切口710的兩端不向芯構(gòu)件700的內(nèi)部彎曲，而保持管狀，使得可以更有效的支撐電極組件300抵抗外部壓力。
本發(fā)明的實(shí)施例包括具有短路保護(hù)部分的芯構(gòu)件，使得可以提供能夠防止電極組件短路的圓柱形鋰充電電池。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可以對本發(fā)明作出各種修改和變形。因此，本發(fā)明意圖覆蓋對本發(fā)明的修改和變形，只要這些修改和變形落入權(quán)利要求及其等同物的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種圓柱形鋰充電電池，包括纏繞型電極組件，包括第一極板、第二極板和所述第一、第二極板之間的隔體；芯構(gòu)件，布置在所述電極組件的中心空間中且包括短路保護(hù)部分；殼體，包括用于容納所述電極組件的空間；帽組件，與所述殼體的上部聯(lián)合以密封所述殼體。
2.如權(quán)利要求1所述的圓柱形鋰充電電池，其中，所述芯構(gòu)件基本上是管狀，并包括沿著其縱向布置的切口，其中，所述短路保護(hù)部分被構(gòu)造，以使所述切口的兩邊緣的上端和下端中的至少下端部分指向所述芯構(gòu)件的向內(nèi)的方向。
3.如權(quán)利要求1所述的圓柱形鋰充電電池，其中，所述芯構(gòu)件基本上是管狀，并包括沿著其縱向布置的切口，其中，所述短路保護(hù)部分被構(gòu)造，以使所述切口的兩邊緣的上端和下端中的至少下端部分具有錐形形狀。
4.如權(quán)利要求3所述的圓柱形鋰充電電池，其中，所述短路保護(hù)部分的錐形角小于90°。
5.如權(quán)利要求4所述的圓柱形鋰充電電池，其中，所述錐形角在30°至60°的范圍內(nèi)。
6.如權(quán)利要求1所述的圓柱形鋰充電電池，其中，所述芯構(gòu)件基本上是管狀，并包括沿著其縱向布置的切口，其中，所述短路保護(hù)部分被構(gòu)造，以使所述切口的兩邊緣的上端和下端中的至少下端部分具有圓形形狀。
7.如權(quán)利要求1所述的圓柱形鋰充電電池，還包括下絕緣板；上絕緣板，其中，所述下絕緣板布置在所述電極組件和所述殼體的下表面之間，所述上絕緣板布置在所述電極組件和所述帽組件之間。
8.如權(quán)利要求1所述的圓柱形鋰充電電池，其中，所述第一極板與所述第二極板之一通過電極帶與所述殼體的底表面電連接，其中，所述芯構(gòu)件布置在所述電極帶上。
9.如權(quán)利要求1所述的圓柱形鋰充電電池，其中，所述芯構(gòu)件的高度在所述電極組件的高度的90％至110％的范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圓柱形鋰充電電池，該鋰充電電池包括纏繞型電極組件，具有第一極板、第二極板和置于第一、第二極板之間的隔體；芯構(gòu)件，布置在電極組件的中心空間中且具有短路保護(hù)部分；殼體，具有用于容納電極組件的空間；帽組件，與殼體的上部聯(lián)合以密封殼體。
文檔編號H01M10/38GK1783567SQ20051012427
公開日2006年6月7日 申請日期2005年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月29日
發(fā)明者禹順基, 金營澤, 全官植 申請人:三星Sdi株式會社