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CN1738093A - 圆柱形锂可再充电电池及其制造方法 - Google Patents

圆柱形锂可再充电电池及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种圆柱形锂可再充电电池具有通过激光焊接焊接到圆柱形壳体的下表面的阳极接片。该圆柱形锂可再充电电池包括在电池中心部分形成有空间部分的圆柱形电极组件，其包括阴极板、阳极板、置于阴极板和阳极板之间的隔板、与阴极板末端连接的阴极接片和与阳极板末端连接的阳极接片。该电池还包括圆柱形壳体和盖组件，其中圆柱形壳体包括形成空间以在其中容纳圆柱形电极组件的圆柱形侧壁，以及提供在圆柱形侧壁底部的底壁，盖组件与圆柱形壳体上部连接，并具有与圆柱形电极组件连接的端子部分。另外，中心销被安装在圆柱形电极组件的空间部分中，其中阳极接片通过激光焊接与圆柱形壳体底壁的内部中心部分连接。

Description

圆柱形锂可再充电电池及其制造方法
相关申请的交叉参考
本申请要求2004年6月25日递交的、韩国专利申请号为2004-0048304的优先权和利益，该申请包含在此作为参考目的。
技术领域
本发明涉及圆柱形锂二次电池及其制造方法。具体地，本发明涉及一种圆柱形锂二次电池及其制造方法，其中阳极接片通过激光焊接被焊接到圆柱形壳体的下表面。
背景技术
近来，各种重量轻体积小的便携式电子设备，如移动电话、笔记本电脑以及可携式摄像机等，得到了很好的发展和制造。这些设备安装有电池组，该电池组可以包括至少一个可再充电电池，其能够输出预定电压，以在一定时间周期内驱动便携式电子设备。
可能的可再充电电池包括镍-镉(Ni-Cd)电池、镍-金属氢化物(Ni-MH)电池以及锂可再充电电池，例如锂电池和锂离子电池。
锂可再充电电池可以具有3.6V或更高的驱动电压，是目前用于便携式电子设备电源的Ni-Cd或Ni-MH电池电压的三倍。此外，锂可再充电电池具有相对较高的单位体积能量密度，所以得到广泛的应用。
锂可再充电电池可以使用锂基氧化物作为阴极活性物质，并以含碳的材料作为阳极活性物质。通常，锂可再充电电池可以有液体电解液或聚合体电解液。使用液体电解液的电池称作锂离子电池，使用聚合体电解液的电池称作锂聚合体电池。另外，锂可再充电电池可以根据其外观分为圆柱形、长方形箱或者袋型形状。
圆柱形锂可再充电电池通常包括电极组件，该电极组件具有涂有阴极活性材料的阴极板、涂有阳极活性材料的阳极板和置于阴极板和阳极板之间的隔板。隔板可以防止阴极板和阳极板之间的短路，并允许锂离子穿过它流动。该电池还包括容纳该电极组件的圆柱形壳体，以及被注入到圆柱形壳体中以允许锂离子流动的电解液。
涂有阴极活性物质并与阴极接片连接的阴极板，层堆在涂有阳极活性物质并与阳极接片连接的阳极板上。然后隔板被插入在阴极板和阳极板之间。卷绕阴极板、阳极板以及隔板，从而形成电极组件。
然后，将电极组件容纳在圆柱形壳体中，并将电解液注入到壳体中。接着，密封该圆柱形壳体，从而形成圆柱形锂可再充电电池。
当电极组件容纳在圆柱形壳体中时，阴极接片或阳极接片通过电阻焊接固定在圆柱形壳体的下端。在电阻焊接中，大电流作用在基体金属上，使得基体金属被从连接部分的接触电阻所释放的热量所熔化，并在所熔化的基体金属上施加机械压力来焊接如电极接片等物体。
如果阴极接片通过电阻焊接连接在圆柱形壳体的下端，则必须经常更换电极，这在生产大批可再充电电池时会增加可再充电电池的制造时间。另外，在电阻焊接中，焊接能量逐渐地从焊接表面传递到所焊接物体的周围部分，所以焊接结合的焊接强度可能会不均匀。此外，在电阻焊接过程中可能会产生杂质或出现火花，这可能会损坏电极组件。
发明内容
本发明提供一种圆柱形锂可再充电电池，其中阳极接片通过激光焊接工艺被焊接到圆柱形壳体的下表面。
本发明还提供一种制造上述圆柱形锂可再充电电池的方法。
本发明附加的特征将在下面描述中陈述，部分特征将从描述中了解，或者通过本发明的实践而学习得到。
本发明公开一种圆柱形锂可再充电电池，包括包含阴极板、阳极板、置于阴极板和阳极板之间的隔板的圆柱形电极组件。该电池还包括连接到阴极板末端的阴极接片和连接到阳极板末端的阳极接片。圆柱形壳体包括形成预定空间以在其中容纳该圆柱形电极组件的圆柱形侧壁，以及提供在圆柱形侧壁的底部以密封该圆柱形侧壁的底部的底壁。盖组件与圆柱形壳体的上部连接，以覆盖圆柱形壳体的上部，并且该盖组件具有与圆柱形电极组件连接的端子部分。另外，该电池包括安装在圆柱形电极组件的空间部分中的中心销。阳极接片通过激光焊接与圆柱形壳体底壁的内部中心部分连接。
本发明还公开一种制造圆柱形锂可再充电电池的方法，包括：准备圆柱形电极组件，该圆柱形电极组件包括阴极板、阳极板、置于阴极板和阳极板之间的隔板、与阴极板连接的阴极接片以及与阳极板连接的阳极接片。将圆柱形电极组件装入到圆柱形壳体中，将中心销插入到圆柱形电极组件的预定空间部分中。用中心销对阴极接片或阳极接片施加压力，同时将阴极接片或阳极接片通过激光焊接工艺与圆柱形壳体的下表面连接。
应该理解，上述总的描述和下面的详细说明是示范性和解释性的，并被用于提供对如权利要求所述发明的进一步解释。
附图说明
所包含的用于提供对本发明的进一步理解并包含在此构成本说明书的一部分的附图，用图说明本发明实施例，并连同描述内容一起用于解释本发明的原理。
图1a为根据本发明示范性实施例的圆柱形锂可再充电电池的透视图。
图1b为沿图1a所示的线“1a-1a”的截面图。
图2是根据本发明示范性实施例的圆柱形锂可再充电电池的制造方法的示意图。
图3a、3b、3c、3d、3e、3f和3g说明用于制造根据本发明示范性实施例的圆柱形锂可再充电电池的中心销。
具体实施方式
本发明公开一种圆柱形锂可再充电电池及其制造方法。在该电池中，电极组件的阳极接片通过激光焊接而不是电阻焊接与圆柱形壳体连接，由此减少了杂质的量，并防止电极组件在电阻焊接工艺中被可能产生的火花所损伤。另外，这在阳极接片和圆柱形壳体之间提供了均匀的焊接强度。
图1a为根据本发明示范性实施例的圆柱形锂可再充电电池100的透视图，图1b为沿图1a所示的线“1a-1a”的截面图。
如图1a和1b所示，圆柱形锂可再充电电池100包括：在充电和放电过程中产生电压的电极组件200，用于在其内部容纳电极组件200的圆柱形壳体300，与圆柱形壳体300的上部连接以防止电极组件200与圆柱形壳体300分离的盖组件400。该电池还包含被注入到圆柱形壳体300中，以使锂离子在圆柱形壳体300中通过电极组件200流动的电解液500，以及中心销600，中心销(center pin)对电极组件200的电极接片施加压力，这样当电极接片被焊接到圆柱形壳体300的下端时，电极接片与圆柱形壳体300相接触。中心销600还防止已卷绕的电极组件200松开。
电极组件200包括：涂有阴极活性物质的阴极板210，涂有阳极活性物质的阳极板220，在阴极板210和阳极板220之间放置的隔板230，该隔板防止阴极板210和阳极板220之间短路，并只允许锂离子流动。另外，阴极板210、阳极板220和隔板230卷绕成大致圆柱形结构，并容纳在圆柱形壳体300中。通常，包含例如铝的阴极接片215被结合在阴极板210上，使得阴极接片215可以从阴极板210的上部向上突出。包含比如镍的阳极接片225被结合在阳极板220上，使得阳极接片225从阳极板220的下部向下突出。另外，上绝缘板214和下绝缘板245与电极组件200的上下部连接，以使电极组件200与盖组件400或圆柱形壳体300绝缘。
圆柱形壳体300包括具有预定直径的内腔部分、以在其中容纳电极组件200的圆柱形侧壁310，以及形成在圆柱形侧壁310下部以密封圆柱形侧壁310的下部的底壁320。圆柱形侧壁310的上部为敞开的，以在其中容纳电极组件200。另外，电极组件200的阳极接片225与圆柱形壳体300的底壁320的中心相连接，这样圆柱形壳体300可以充当阳极。以预定方向弯曲的卷边部分330形成在圆柱形壳体300的上部，以压着盖组件400。从盖组件400向内突出的珠状部分340位于卷边部分330下面以压着盖组件400。
通常，圆柱形壳体300可以包含例如Al、Fe、Al-Fe合金或它们的等价物。第一防腐层350形成在圆柱形壳体300的外壁上，以防止圆柱形壳体300的腐蚀。第一防腐层350是包含抗腐蚀物质比如镍(Ni)的涂层，但本发明并不局限于此。
另外，由于在电极接片被焊接到圆柱形壳体300下端时，形成在圆柱形壳体300的底壁320的外部的中心上的第一防腐层350可能被去除，所以在圆柱形壳体300的底壁320的外部的中心上形成第二防腐层360，以防止圆柱形壳体300的底壁320被腐蚀。第二防腐层360优选包含防锈剂。
盖组件400包括导电的安全排气孔410，安全排气孔可以在过充电或产生异常热量时变形，并且将阴极接片215焊接到安全排气孔上。盖组件400还可以包含印刷电路板(PCB)420，PCB420与导电的安全排气孔410的上部连接，使得PCB420的电路在导电的安全排气孔410变形时切断。另外，正温度系数(positive thermal coefficient，PTC)430与PCB420的上部连接，使得正温度系数(PTC)430的电路在其温度超过预定水平时切断。导电的阴极帽440与正温度系数(PTC)430的上部连接，以使电流传送到外部。围绕导电的安全排气孔410的侧部、PCB420、正温度系数(PTC)430以及导电阴极帽440的绝缘垫圈450，使得上述元件与圆柱形壳体300绝缘。
电解液500充当传输锂离子的媒介，该锂离子由充电和放电过程中由可再充电电池的阳极和阴极的电化学反应产生。电解液500包括非水有机电解质溶液，比如锂盐和高纯度有机溶液的混合物。另外，电解液500可以包含聚合物。但是，本发明并不限制电解液500的所含物质。
中心销600被插入到卷绕的电极组件200的中心空间中。当电极组件200的阳极接片225被焊接到圆柱形壳体300的底壁320的中心上时，中心销600施加压力到阳极接片225上，以使阳极接片与圆柱形壳体300的底壁320相接触。另外，中心销600可以防止卷绕的电极组件200松开。
图2说明根据本发明示范性实施例的圆柱形锂可再充电电池的制造方法。具体地，图2表示将电极组件的阳极接片连接到圆柱形壳体的底壁的工艺。
参照图2，形成在壳体300内部中心部分的、具有预定空间部分的电极组件200，包括具有涂有阴极活性物质的阴极集流体的阴极板210，具有涂有阳极活性物质的阳极集流体的阳极板220，位于阴极板210和阳极板220之间的隔板230，与阴极板210的端部连接的阴极接片215和与阳极板220的端部连接的阳极接片225。
在将100的电极组件200装入到圆柱形壳体300中后，中心销600通过电极组件200的空间部分插入到电极组件200中。然后，向中心销600施加压力，使得阴极接片215或者阳极接片225，例如负极接片225与圆柱形壳体300的底壁320的内部中心部分接触。
为了防止中心销600由于激光焊接期间产生的热量而粘接到阳极接片225上，只有中心销600的下表面的外周部分与阳极接片225相接触。
在用中心销600使阳极接片225与圆柱形壳体300的底壁320的内部中心部分接触后，通过将激光束照射到圆柱形壳体300的底壁320的外部中心部分上，进行激光焊接工艺，由此将阳极接片225连接到圆柱形壳体300的底壁320上。
与热量逐渐的从物体的焊接表面传递到该物体的周围部分的电阻焊接相比，激光焊接是一种热量沿物体的厚度方向直接传递的高速焊接技术。所以，激光焊接使物体的热变形最小化。另外，由于激光焊接很少受焊接环境影响，因此允许大批量生产。此外，由于激光焊接不像电阻焊接那样产生火花，因此可以避免火花对电极组件的损坏。
另外，当激光束照射在圆柱形壳体300的底壁320的外部中心部分上，形成在圆柱形壳体300的底壁320的外部中心部分的第一防腐层350会由于激光束的高能量而被去除。
在将阳极接片225连接到圆柱形壳体300的底壁320上的内部中心部分后，在圆柱形壳体300的底壁320的外部中心部分上涂第二防腐层360。这个层避免由于激光焊接而去除第一防腐层350的圆柱形壳体300的底壁320的外部中心部分被腐蚀。
然后，执行典型的用于制造圆柱形锂可再充电电池100的制造方法。
图3a、图3b、图3c、图3d、图3e和图3f用图说明用于制造根据本发明示范性实施例的圆柱形锂可再充电电池的中心销600。
参照图3a、图3b、图3c、图3d、图3e和3f，只有中心销600的下表面的外周部分与阳极接片225接触，以防止中心销600由于激光焊接工艺过程中产生的热量而与阳极接片225连接。
例如，中心销600可以形成为各种回转形状的主体(body)，比如圆柱形、切去顶端的圆锥形以及上部具有切去顶端圆锥形的圆柱形。
另外，如图3a、图3b、图3c和图3d所示，中心销600的下部中心部分可以凹成各种形状，例如圆柱形、切去顶端的圆锥形、圆锥形、球形等，使得只有中心销600的外周部分可以与阳极接片225接触。
如图3e和图3f所示，中心销600的上下部可以是连通的(open)。因此，当通过激光焊接将阳极接片225与圆柱形壳体300的底壁320的内部中心部分连接时，通过使用分开的推杆610将压力作用在阳极接片225上，使得阳极接片225与圆柱形壳体300的底壁320的内部接触。
对于本领域技术人员很显然的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，本发明可以有各种修改和变体。因此，本发明意欲覆盖本发明的各种修改和改变，只要它们在附带的权利要求及其等价替换的范围内。

Claims (15)

1.一种圆柱形锂可再充电电池，包括：
在其中心部分形成有空间部分的圆柱形电极组件，包括阴极板、阳极板、置于该阴极板和阳极板之间的隔板、与该阴极板末端连接的阴极接片和与该阳极板末端连接的阳极接片；
圆柱形壳体，包括形成空间以在其中容纳该圆柱形电极组件的圆柱形侧壁，以及提供在该圆柱形侧壁的底部的底壁；
与该圆柱形壳体的上部连接、使得该圆柱形壳体的上部由该盖组件覆盖的盖组件，该盖组件具有与该圆柱形电极组件连接的端子部分；和
安装在该圆柱形电极组件的空间部分的中心销，其中该阳极接片或该阴极接片通过激光焊接与该圆柱形壳体的底壁的内部中心部分连接。
2.根据权利要求1的圆柱形锂可再充电电池，其中该中心销被对准，以使只有该中心销底壁的外周部分接触该阳极接片或该阴极接片。
3.根据权利要求2的圆柱形锂可再充电电池，其中该中心销具有旋转形状的主体。
4.根据权利要求2的圆柱形锂可再充电电池，其中该中心销在其下表面的中心形成有凹槽。
5.根据权利要求4的圆柱形锂可再充电电池，其中该凹槽具有旋转形状的主体。
6.根据权利要求3的圆柱形锂可再充电电池，其中该中心销具有旋转形状的主体，并且
该中心销包括连接该中心销的上下部的孔。
7.根据权利要求1的圆柱形锂可再充电电池，还包括在圆柱形壳体的外部形成的第一防腐层。
8.根据权利要求7的圆柱形锂可再充电电池，其中该第一防腐层包含镍。
9.根据权利要求1的圆柱形锂可再充电电池，还包括在圆柱形壳体的底壁的外部中心部分形成的第二防腐层。
10.根据权利要求9的圆柱形锂可再充电电池，其中该第二防腐层包含防锈剂。
11.一种制造圆柱形锂可再充电电池的方法，包括：
准备在其中心部分形成有空间部分的圆柱形电极组件，该圆柱形电极组件包括阴极板、阳极板、置于该阴极板和阳极板之间的隔板、与该阴极板末端连接的阴极接片和与该阳极板末端连接的阳极接片；
将该圆柱形电极组件装入到圆柱形壳体中；
将中心销插入到圆柱形电极组件的空间部分中；和
将阴极接片和阳极接片中的一个通过激光焊接连接到圆柱形壳体的下表面上。
12.根据权利要求11的方法，还包括：在将圆柱形电极组件装入到圆柱形壳体中后，通过用中心销对阴极接片或阳极接片施加压力，使阴极接片和阳极接片中的一个接触圆柱形壳体的下表面。
13.根据权利要求12的方法，其中该中心销被对准成，使得只有中心销的下表面的外周部分与阴极接片或阳极接片接触。
14.根据权利要求11的方法，还包括在圆柱形壳体的下表面的外部中心部分形成防腐层。
15.根据权利要求11的方法，其中所述连接是在用该中心销对阴极接片或阳极接片施加压力时进行的。
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