CN1681146A - 电极封装及使用该电极封装的二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电极封装及使用该电极封装的二次电池。该二次电池包括电极封装，该电极封装包括：电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和置于这两个电极之间的分隔件，每个正电极和负电极具有沿其边缘未涂覆活性材料的未涂覆区；和正极引线和负极引线，它们分别固定到正电极和负电极的未涂覆区，它们的长度方向与正电极和负电极的未涂覆区的长度方向平行。该二次电池还包括：容器，其具有容纳该电极封装的空间；以及盖组件，其固定到容器的开口以密封该容器，该盖组件包括与正极引线和负极引线电连接的端子；其中电极组件安装在该空间中，以在其宽度方向和容器的高度方向之间具有预定的角度。

Description

电极封装及使用该电极封装的二次电池

技术领域

本发明涉及一种二次电池，特别涉及一种用于二次电池的电极封装中的电极和固定于电极上的引线的组件结构。

背景技术

与原电池不同，二次电池可以充电。普通类型的二次电池可以制成电池组并用作如手机、笔记本电脑和可携式摄像机的各种便携式电子器件的电源。

近来，已经开发出使用二次电池的高能电池，并将其作为混合式电动汽车(HEV)的电动机的能源。

二次电池可以根据外部形状分为不同类型，例如正方形或圆柱形电池。正方形二次电池具有的结构是：带状的正电极和负电极与置于其间的分隔件堆叠在一起、并卷绕成正方形的电极组件(胶体卷(jellyroll))；或者多个正电极和负电极与置于其间的分隔件堆叠成一个电极组件，然后将该电极组件插入正方形容器中。

在具有卷绕的正电极和负电极的电极组件中，引线分别固定到正电极和负电极，以聚集由正电极和负电极产生的电流。

通过焊接，引线直接固定到外部端子，该外部端子连接或固定到与外部端子连接的单独的板上，以便将由正电极和负电极产生的电流感应到外部正、负端子。

当用于低电池容量的小电池时，具有上述结构的电池可以获得足够的聚集效率。然而，当电池用于象需要大的和高的能量的HEV的电动机驱动的设备时，上述的聚集方法就会降低聚集效率，并且很难均匀聚集由正电极和负电极产生的电流。这是因为正电极和负电极的面积随电池尺寸的增加而增加，相应地，内电阻也增加。

在克服这些困难的努力中，已经提出了包括在日本公开第1998-312824号和第2002-260672号中公开的电池的二次电池，其中电极组件通过堆叠正电极、负电极和分隔件而形成，并且将多个引线连接到电极上。

在上面的二次电池中，因为连接到电极的多个引线可以固定到与外部端子连接的板上，所以电池的内电阻可能降低，并且正电极和负电极的聚集效率可能降低。

然而，因为上面二次电池的制造方法包括如下步骤：制备多个正电极和负电极、将引线分别固定到正电极和负电极、依次堆叠正电极和负电极与置于它们之间的分隔件，以及分别系紧并连接与正电极固定的引线和与负电极固定的引线，所以存在制造步骤数量增加的问题并由此降低了制造效率。

发明内容

本发明提供一种电极封装和一种二次电池，其能够均匀地提取从电极组件的每个部分产生的电流，还能够通过引线提高聚集效率以增强功率特性。

而且，本发明提供一种电极封装和一种二次电池，其中可以简化电极组件和引线的组件结构来提高制造效率。

根据本发明的一个方面，用于二次电池的电极封装包括：电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和置于这两个电极之间的分隔件，每个正电极和负电极都具有沿其边缘未涂覆活性材料的未涂覆区；正极引线和负极引线，它们分别固定到正电极和负电极的未涂覆区，它们的长度方向与正电极和负电极的未涂覆区的长度方向平行。

未涂覆区可被设置形成多个折痕，并且未涂覆区在其至少一部分中可以具有粘结区。

可以在未涂覆区的中心部分设置粘结区。

引线可以设置成与粘结区重叠。

可以在未涂覆区的整个部分形成粘结区。

未涂覆区的宽度可以比电极组件的厚度小三倍。

电极封装满足下面的公式：

t/2+a≤W≤t+a

其中“W”为未涂覆区的宽度，“a”为引线的宽度而“t”为引线的厚度。

引线可分别与相应的未涂覆区的最外表面紧密接触并固定。

未涂覆区在其至少一部分中可以具有切割部分，且引线可以通过相应的未涂覆区的切割部分分别插入到未涂覆区，从而与未涂覆区紧密接触并固定。

根据本发明的另一个方面，一种二次电池，包括：电极封装，该电极封装包含电极组件和正极引线和负极引线，该电极组件包括正电极、负电极和置于这两个电极之间的分隔件，每个正电极和负电极具有沿其边缘未涂覆活性材料的未涂覆区，正极引线和负极引线分别固定到正电极和负电极的未涂覆区，其长度方向与正电极和负电极的未涂覆区的长度方向平行；容器，其具有接收电极封装的空间；和盖组件，其固定到容器开口以密封容器，该盖组件包括与正极引线和负极引线电连接的端子；其中电极组件安装在空间中，在其宽度方向和容器的高度方向之间具有预定的角度。

该二次电池可以为正方形。

该二次电池可以用于电动机驱动的装置。

附图说明

结合附图，本发明的这些和/或其它方面和优点从下面的实施例说明中将变得显而易见并更容易理解，附图中：

图1是根据本发明第一实施例的电极封装的正视图；

图2是根据本发明第一实施例的电极封装的平面图；

图3是图2的电极封装的部分横截面图；

图4是示出卷绕前电极组件结构的图2电极组件的分解透视图；

图5是图1电极组件的侧视图；

图6是示出根据本发明第一实施例而改进的实施例的电极封装结构的侧视图；

图7是根据本发明的二次电池的横截面图；以及

图8是根据本发明第二实施例的电极封装的透视图。

具体实施方式

现在详细说明本发明的实施例，其例子在附图中示出。下面通过参考附图描述实施例来解释本发明。

图1和图2分别是根据本发明实施例的电极封装的正视图和平面图。图3是图1和2的电极封装的部分横截面图。图4是示出本发明电极组件结构的分解透视图。

参考附图，电极封装2具有胶体卷构型的电极组件10，而构型是通过堆叠并沿长度方向卷绕(图1和4中的D1方向)和压紧带状的正电极4、分隔件6和负电极8形成的。

当形成电极组件10时，正电极4和负电极8的未涂覆区4a和8a彼此面对设置。未涂覆区4a和8a是正电极4的集流器4b和负电极8的集流器8b的一部分，当在集流器4b和8b上分别涂覆正极活性材料4c和负极活性材料8c时，该部分沿与这些集流器4b和8b的长度方向D1平行的一端的边缘未涂覆活性材料。当形成电极组件10时，这些未涂覆区4a和8a伸出置于正电极4和负电极8之间的分隔件6之上，同时它们保持多个折痕形式(in may folds)的重叠的结构。

分隔件6的长度大于正电极4和负电极8的长度，以防止在正电极4和负电极8之间形成短路。因此，当分隔件设置在正电极4和负电极8之间时，优选分隔件6的两端具有多余部分6a，以阻止正电极4和负电极8的重叠。

相对于分隔件6堆叠的正电极4和负电极8沿其长度方向卷绕以形成胶体卷构型的电极组件10，该分隔件6置于这两个电极之间。电极组件10可以在其中心具有芯(未示出)，以有助于电极组件10的卷绕。

因而，随着正电极4的几次卷绕，就会在电极组件10的一端布置多个折痕形式的正极未涂覆区4a。随着负电极8的卷绕几次，就会在电极组件10的另一端布置多个折痕形式的负极未涂覆区8a。

在电极组件10中，设置正极引线12和负极引线14，使得它们的长度方向平行于未涂覆区4a和8a的长度方向，并且它们分别电连接到正极未涂覆区4a和负极未涂覆区8a。

为了将多个折痕彼此电连接，正极和负极未涂覆区4a和8a具有粘结区4A和8A，所述粘结区通过在至少一个部分使其多个折痕彼此紧密接触形成。

正极引线12和负极引线14分别与粘结区4A和8A重叠，以固定到正极和负极未涂覆区4a和8a的最外部(图5)。

粘结区不限于上述结构，如图6中所示，它们可以在未涂覆区4a和8a的整个部分形成。

将引线12和14固定到形成有该粘结区4A和8A的未涂覆区4a和8a的最外表面。

在形成电极组件10之后，通过对相应于粘结区4A和8A的未涂覆区向电极组件10的中心加力以彼此紧密接触，且通过由外部热源提供的热将它们熔化以彼此粘结，可以形成粘结区4A和8A。为了此目的，可以使用超声波焊接或电阻焊接。

如图2所示，露出于分隔件6之外的正极和负极未涂覆区4a和8a的宽度(W)优选小于电极组件10的厚度(t)的三倍，更优选小于电极组件10的厚度(t)的两倍。

另外，电极封装满足下面的公式：

t/2+a≤W≤t+a

其中“W”为正极和负极未涂覆区4a和8a的宽度，“a”为引线的宽度而“t”为引线的厚度。

更优选电极封装进一步满足下面的公式：

$\frac{t}{2}+a\≤W\≤\frac{\sqrt{2}t}{2}+a$

当通过分别在集流器4b和8b上涂覆活性材料来形成正电极和负电极时，未涂覆区4a和8a至少具有可以固定正极和负极引线12和14而不影响电流聚集的多余宽度。因此，正电极和负电极4和8可以使集流器4b和8b上的活性材料的涂覆面积最大，以提高电极组件10的容量，这使得二次电池具有大的尺寸和高的能量。

而且，如上所述，将电极封装2的正极和负极引线12和14的长度方向设置成对应于电极组件10的卷绕方向D1，而不对应于电极组件10的宽度方向D2。当二次电池形成有电极封装2时，这样设置正电极和负电极12和14可以使电极封装2中的未涂覆部分最小，特别是正极和负极引线12和14所占的面积最小。因此，二次电池可以具有提高容量的优点。

图7是根据本发明的二次电池的横截面图。

如图7所示，二次电池包括：具有电极组件10的电极封装2；正极和负极引线12和14；容器16，其具有在其一侧上形成的开口16a和在容器内部容纳多个电极封装2的空间；以及安装到开口16a上以密封容器16的盖组件22。

电极组件10的宽度方向D2与电极封装2从开口16a向容器16的空间插入的方向D3不一致，即，与容器16的高度方向不一致，在它们之间具有预定角度。例如，电极组件10设置成其宽度方向D2与容器的高度方向垂直。因此，设置正极和负极引线12和14使得它们的长度方向与容器的高度方向平行。

容器16由导电金属制成，例如铝、铝合金和镀镍的钢，且容器的形状可以是具有容纳电极封装2的内部空间的六面体等。作为示例，图7示出了在六面体形状的容器16内安装的正方形的电极组件10。

盖组件22具有固定到开口16a以密封容器16的基板24，和固定到基板24以分别与电极封装2的正极和负极引线12和14电连接并同时穿过基板24的正极和负极端子18和20。

可以在基板24和正极与负极端子18和20之间设置绝缘部件26。在基板24的中心可以形成安全排气孔26，当电池的内部压力增加时，该排气孔破损以释放气体。

在具有上述结构的二次电池中，正极和负极引线12和14设置成它们的长度方向与电极组件2从开口16a向容器16的空间插入的方向D3平行，并且它们各自的一端分别固定到正极和负极端子18和20的下端。

正极和负极引线12和14的这种设置能够使正极和负极引线12和14将正电极和负电极4和8与相应的正极和负极端子18和20连接，并使其长度的延伸最小，这可以缩短电流从电极组件10流到正极和负极端子18和20的路径。

正极和负极引线12和14的这种设置降低了二次电池连同具有正极和负极未涂覆区4a和8a与正极和负极引线12和14的组件结构的内电阻，这可以提高用于电动机驱动的装置(如HEV)的二次电池的能量特性。

图8是根据本发明第二实施例的电极封装的透视图。电极封装30具有和上述电极封装相同的基本结构，在此就不对其细节做描述。

电极封装30的正极引线32和负极引线34也电连接到电极封装30的正电极36和负电极38的未涂覆区36a和38a。

在连接结构中，如上所述，正极引线32和负极引线34设置成它们的长度方向与正极未涂覆区36a和负极未涂覆区38a的长度方向平行。

正极未涂覆区36a和负极未涂覆区38a在其一个部分中(在相对于图的本实施例中的上部)具有切割部分36b和38b，正极和负极引线32和34通过切割部分36b和38b插入到未涂覆区36a和38a，以固定到未涂覆区36b和38b。

也就是说，与上面的实施例不同，本实施例中的正极和负极引线32和34不是联接到相应的未涂覆区36b和38b的最外表面，而是插入未涂覆区36b和38b以与它们联接。

本发明的二次电池可以用于电动机驱动的装置的电源，所述装置例如混合式电动汽车、电动汽车、无绳真空清洁器、电动自行车或低座小摩托车。

通过正极和负极引线、正极和负极端子和正电极和负电极的未涂覆区的组件结构，本发明的二次电池可以使内电阻最小、均匀地提取从电极组件产生的电流并提高正极和负极引线的聚集效率。

由于提高了能量特性，因此，本发明的二次电池可以用于电动机驱动的装置的高能电池，而且由于简化了电极组件和引线的组件结构，所以它可以提高制造效率。

尽管已经示出并描述了本发明的一些实施例，但本领域的技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对实施方式进行改变，本发明的范围由权利要求及其它们的等同物限定。

Claims (20)

1.一种用于二次电池的电极封装，该电极封装包括：

电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和置于这两个电极之间的分隔件，每个正电极和负电极具有沿其边缘未涂覆活性材料的未涂覆区；以及

正极引线和负极引线，它们分别固定到正电极和负电极的未涂覆区，它们的长度方向与正电极和负电极的未涂覆区的长度方向平行。

2.如权利要求1的用于二次电池的电极封装，其中设置未涂覆区以形成多个折痕，并且未涂覆区在其至少一个部分中具有粘结区。

3.如权利要求2的用于二次电池的电极封装，其中在未涂覆区的中心部分设置粘结区。

4.如权利要求2的用于二次电池的电极封装，其中引线设置成与粘结区重叠。

5.如权利要求2的用于二次电池的电极封装，其中在未涂覆区的整个部分形成粘结区。

6.如权利要求1的用于二次电池的电极封装，其中未涂覆区的宽度小于电极组件厚度的三倍。

7.如权利要求1的用于二次电池的电极封装，其中电极封装满足下面的公式：

t/2+a≤W≤t+a

其中“W”为未涂覆区的宽度，“a”为引线的宽度而“t”为引线的厚度。

8.如权利要求7的用于二次电池的电极封装，其中电极封装进一步满足下面的公式：

$\frac{t}{2}+a\≤W\≤\frac{\sqrt{2}t}{2}+a$

9.如权利要求1的用于二次电池的电极封装，其中引线分别相应的未涂覆区的最外表面紧密接触并固定。

10.如权利要求1的用于二次电池的电极封装，其中未涂覆区在其至少一个部分中具有切割部分，且引线通过相应的未涂覆区的切割部分分别插入到未涂覆区，从而与未涂覆区紧密接触并固定。

11.一种二次电池，包括：

电极封装，其包括：

电极组件，该电极组件包括正电极、负电极和置于这两个电极之间的分隔件，每个正电极和负电极具有沿其边缘未涂覆活性材料的未涂覆区；和

正极引线和负极引线，它们分别固定到正电极和负电极的未涂覆区，它们的长度方向与正电极和负电极的未涂覆区的长度方向平行；

容器，其具有容纳该电极封装的空间；以及

盖组件，其固定到容器的开口以密封该容器，该盖组件包括与正极引线和负极引线电连接的端子；

其中电极组件安装在该空间中，以在其宽度方向和容器的高度方向之间具有预定的角度。

12.如权利要求1的二次电池，其中电极组件设置成其宽度方向垂直于容器的高度方向。

13.如权利要求11的二次电池，其中引线设置成其长度方向平行于容器的高度方向。

14.如权利要求11的二次电池，其中未涂覆区设置成形成多个折痕，并且未涂覆区在其至少一个部分中具有粘结区。

15.如权利要求14的二次电池，其中引线设置成与粘结区重叠。

16.如权利要求14的二次电池，其中在未涂覆区的整个部分形成粘结区。

17.如权利要求11的二次电池，其中引线可分别与相应的未涂覆区的最外表面紧密接触并固定。

18.如权利要求11的二次电池，其中未涂覆区在其至少一个部分中具有切割部分，且引线通过相应的未涂覆区的切割部分分别插入到未涂覆区，从而与未涂覆区紧密接触并固定。

19.如权利要求11的二次电池，其中该二次电池为正方形。

20.如权利要求11的二次电池，其中该二次电池用于电动机驱动的装置。

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