CN1684291A - 电极包及应用该电极包的二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于二次电池的电极包，其包括电极组件、正极集流板和负极集流板。电极组件包括正极、负极、和插入所述两电极之间的隔离件，每一正极和负极具有沿它们的边缘的未涂覆区；正极集流板覆盖正极未涂覆区的前端以与正极未涂覆区电连接，正极集流板具有设置于电极组件外侧的部分；负极集流板覆盖负极未涂覆区的前端以与负极未涂覆区电连接，负极集流板具有设置于电极组件外侧的部分。本发明还公开了采用这种电极包的二次电池，这种二次电池可以使内阻减到最小，可提高正极和负极的集电效率，并能均一地导出电极组件每一部分的电流，因此，适于制备高能量的电池。

Description

电极包及应用该电极包的二次电池

技术领域

本发明涉及一种二次电池，更明确地说，涉及一种用于二次电池的电极包(electrode package)的集流板(collector plate)和电极的组装结构。

背景技术

与原电池不同，二次电池可再充电。可将普通类型的二次电池制成电池组并用作各种便携式电子设备如蜂窝电话、膝上型计算机和摄像放像机的电源。

近来，使用二次电池的高能量电池已被研发用来作为混合式电动机车(hybrid electric vehicle，HEV)电机的电源。

二次电池按照外形可分为不同类型，例如，方形和圆柱形电池。方形二次电池的结构具有将带状正极和负极与插入其间的隔离件叠置并卷绕成方形电极组件(凝胶物卷，jellyroll)，或将多个正极、负极和插入其间的隔离件叠置成电极组件，然后将电极组件装入方形壳体内。

在卷绕正极和负极的电极组件中，分别在正极和负极上固定有导线以汇集正极和负极产生的电流。导线和外部端子相连，用来将正极和负极产生的电流导引到外部端子。

当具有这种结构的电池用于低电池容量的小电池上时可获得足够的集电效率(collecting efficiency)。然而，当这种电池用作驱动像需要大功率和高能量的HEV之类的装置的电机时，用上述导线的汇集方法将使集电效率降低并且也难于均一地汇集由电极组件的每一部分产生的电流。这是因为正极和负极的面积随电池尺寸的增加而增加，因而电阻也增加。

在克服这些困难的努力中，已提出的二次电池包括在日本专利申请公开说明书6-267528号中披露的电池，在这种电池中，在带状正极和负极的集流件(collector)的一端形成未用活性物质涂覆的导线连接部分，这些导线连接部分被设置为当正极、负极和隔离件卷绕形成电极组件时突出于隔离件，并且多根正极导线和负极导线分别被固定于所述导线连接部分上。

在所述二次电池中，可将多根导线固定在导线连接部分上，在电池的内阻减小的同时可汇集来自正极和负极的电流，因此可提高集电效率(collecting efficiency)。

然而，由于所述二次电池需要将多根导线固定到正极和负极的导线连接部分，因此存在制备效率低的问题。而且，没有活性物质且不能充分参与电池反应的部分的尺寸、即电池内部的导线连接部分和多根导线的部分的尺寸将增加，这给制备大尺寸高能量电池带来困难。

同时，具有由堆叠多个正极、负极和插入这两电极之间的隔离件形成的电极组件的电池具有多根分别固定在正极和负极上的导线。被固定在正极上的那些导线连接在一起并和外部端子相连，被固定在负极上的导线连接在一起并和外部端子相连。但由于具有这种结构的二次电池还需要将多根导线固定到正极和负极上，故而存在制备步骤的数量增加的问题，因而制备效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种电极包和一种能提高集电效率从而能提高功率特性、并能均一地输出电极组件每部分产生的电流的二次电池。

此外，本发明要解决的技术问题是，提供一种电极包及一种通过将没有活性物质和没有充分参与电池反应的部分减到最小而具有大尺寸和高能量的二次电池。

根据本发明的一方面，用于二次电池的电极包包括电极组件、正极集流板(positive collector plate)和负极集流板(negative collector plate)。电极组件包括正极、负极和插入此两电极之间的隔离件，每一正极和负极沿着它们的边缘具有未涂覆区，正极集流板覆盖正极未涂覆区的前端以使其与正极未涂覆区电连接，正极集流板具有设置在电极组件外侧的部分，负极集流板覆盖负极未涂覆区的前端以使其与负极未涂覆区电连接，负极集流板具有设置在电极组件外侧的部分。

正极未涂覆区和负极未涂覆区彼此相向设置，形成许多叠层，正极集流板和负极集流板紧密接触且分别固定于正极未涂覆区前端的整个表面上和负极未涂覆区前端的整个表面上。

正极未涂覆区和负极未涂覆区彼此相向设置，形成许多叠层，正极集流板和负极集流板紧密接触并分别被固定于正极未涂覆区的前端和负极未涂覆区的前端，暴露出每一前端的部分。

电极包满足下列公式：

                         a≤b

其中“a”为设置于隔离件外侧的正极未涂覆区和负极未涂覆区的长度，“b”为正极集流板和负极集流板的最大宽度。

通过焊接将正极集流板和负极集流板分别固定于正极未涂覆区和负极未涂覆区，所述焊接可以采用激光焊接。

设置正极未涂覆区和负极未涂覆区以形成多个叠层，并且这些未涂覆区相对于设置于它们中心的未涂覆区可对称地弯曲。

根据本发明的另一方面，所提供的二次电池包括电极包、壳体和盖组件。电极包包括电极组件、正极集流板和负极集流板，电极组件包括正极、负极和插入此两电极之间的隔离件，每一正极和负极沿着它们的边缘具有未涂覆区；正极集流板覆盖正极未涂覆区的前端从而与正极未涂覆区电连接，正极集流板具有设置在电极组件外侧的部分，负极集流板覆盖负极未涂覆区的前端从而与负极未涂覆区电连接，负极集流板具有设置在电极组件外侧的部分。壳体具有容纳电极包的空间，盖组件固定于壳体的开口处用来密封壳体，盖组件包括分别与正极集流板和负极集流板连接的电极端子，其中，将电极组件安装在所述空间内使组件的宽度方向和壳体的高度方向之间具有预定角度。

电极组件的宽度方向和壳体的高度方向相互垂直设置，正极集流板和负极集流板沿壳体的高度方向设置。

本二次电池可以呈方形。

本二次电池可用于电机驱动设备。

附图说明

本发明的这些和/或其他方面和优点通过下面结合附图对实施方式的描述将变得明显和更易于理解。

图1为本发明一实施方式的二次电池的截面图；

图2为本发明第一实施方式的电极包的透视图；

图3为本发明第一实施方式的电极包的平面图；

图4为本发明第一实施方式的电极包的侧视图；

图5示出了本发明第一实施方式的电极包中未涂覆区与集流板组合的结构；

图6为本发明一实施方式的电极组件透视图；

图7示出了本发明第一实施方式的电极包中改型的未涂覆区与集流板组合的结构；

图8示出了本发明第一实施方式的改型方式的集流板；

图9示出了本发明第二实施方式的集流板；

图10示出了本发明第二实施方式的改型方式的集流板。

具体实施方式

现在将结合附图中示出的例子详细论述本发明的实施方式。下面参考附图对这些实施方式的描述用于解释本发明。

图1为本发明一实施方式的二次电池横截面图。

如图1所示，该二次电池包括电极包14；壳体16，其具有形成在壳体的一侧上以在壳体内容纳电极包14的开口16a；盖组件22，其具有正极端子18和负极端子20，该组件被安装在开口部16a处以密封壳体16。电极包14具有通过堆叠和卷绕带状的正极板11、负极板12和隔离件13形成的电极组件8以及安装在组件两端的正极集流板10和负极集流板12。

壳体16由导电金属例如铝、铝合金、和镀镍的钢制成，它的形状可以是具有容纳电极包14的内部空间的六面体等。图1示出了将方形电极组件装配于六面体形壳体的内部的情况。

盖组件22具有通过焊接固定于开口部16a用来密封壳体16的基板24、以及通过基板24固定并分别与电极包16的正极集流板10和负极集流板12电连接的正极端子18和负极端子20。当这两个端子18和20形成在基板24上时，可将绝缘件26设置在形成端子18和20的每一区域中。安全阀28可以作为安全器件形成在基板24的中心，若电池内压增加，该阀将碎裂以排出气体。

电极组件8的宽度方向D1与电极包从开口16a朝该空间的插入方向D2、即壳体16的高度方向不一致，以在它们之间形成预定角度。优选将电极组件8以其宽度方向D1与插入方向D2相垂直地设置于壳体16内部。

因此，正极集流板10和负极集流板12被设置成与插入方向D2平行，它们朝向正极端子18和负极端子20的一端分别被固定在正极端子18和负极端子20上，以和所述端子电连接。

正极集流板10和负极集流板12的与正极端子18和负极端子20相连的那部分具有当正极集流板10和负极集流板12固定在电极组件8上时设置在电极组件8外侧的延伸的导线部分10a和12a。

下面将对所述二次电池中的电极包14的结构进行详细描述。

图2和图3是图1所示的电极包的透视图和平面图，图4是图2电极包的左侧视图，图5是图2所示的电极包的局部截面图，图6是说明本发明电极组件的分解透视图。

参照这些附图，电极包14具有通过堆叠带状的正极2、隔离件4和负极6、沿长度方向(图6中的D3方向)对它们进行卷绕并进行压制而形成的凝胶物卷结构的电极组件8。

当形成电极组件8时，正极2和负极6的未涂覆区2a和6a彼此相向。未涂覆区2a和6a是正极2的集流件2b的部分和负极6的集流件6b的部分，将正极活性物质2c和负极活性物质分别涂覆于集流件2b和6b上时，所述未涂覆区沿与集流件2b和6b的长度方向D3平行的一端的边缘未用活性物质涂覆。当形成电极组件8时，这些未涂覆区2a和6a突出到设置在正极2和负极6之间的隔离件4之外。

隔离件4的长度长于正极2和负极6的长度，以防止正极2和负极6之间短路。因此，将隔离件设置于电极2和负极6之间时，隔离件4优选具有在两端不与正极2和负极6重叠的空置部分(spare portion)4a。

正极集流板10和负极集流板12分别覆盖正极未涂覆区2a的前端和负极未涂覆区6a的前端，以与电极组件8电连接。

当集流板10和12与未涂覆区2a和6a接触时，未涂覆区2a和6a可以如图5所示无弯曲地呈平坦状，或者如图7所示，可以沿一方向规则地弯曲。在未涂覆区2a和6a是弯曲的情况下，与未涂覆区2a和6a相接触的集流板10和12可增加与未涂覆区2a和6a接触的接触面积以提高集电效率。图7示出了未涂覆区2a和6a朝处于电极组件中心的未涂覆区弯曲的情况。

本发明的正极集流板10和负极集流板12具有完全覆盖相应的未涂覆区2a和6a的覆盖部分10b和12b、以及从覆盖部分10b和12b延伸的与端子18和20相连的导线部分10a和12a。当然，所述结构仅作为本发明的一种实施方式，本发明并不限于所述结构。

如图4所示，导线部分10a和12a可以和覆盖部分10b和12b形成为一整体。或者，如图8所示，导线部分10a和12a也可以与覆盖部分10b和12b分开形成，然后再将导线固定在它们上面。

可通过激光焊接将本实施方式的集流板10和12固定于相应的未涂覆区12a和6a上，因此，激光焊接的焊接部分40形成于每一集流板10和12上。如图8所示，焊接部分40可以为横过覆盖部分10b和12b的线形。

集流板10和12的厚度(t)为0.2至0.3mm，并且正极集流板由铝制成，负极集流板由铜制成。

在具有所述结构的本发明的二次电池中，在电极包14中汇集由正极2和负极6产生的电流的正极集流板10和负极集流板12分别被固定于正极未涂覆区2a的前端和负极未涂覆区6a的前端。这样一来，即使集流板10和12暴露于隔离件4外面的正极未涂覆区2a和负极未涂覆区6a的长度不加长(达到在未涂覆区上固定分开的导线所必需的长度)，也可以在不降低电流的集电效率的情况下能方便地固定所述集流板。

与传统的电池相比，在本发明的二次电池中，将电极包14装配在壳体16中时，没有活性物质和未充分参与电池反应的部分的尺寸、即壳体16内用于正极和负极未涂覆区2a和6a以及正极和负极集流板10和12的部分的尺寸可减小。

因此，与具有相同尺寸的传统电极包相比，本发明的二次电池可以增加分布在正极和负极集流体2b和6b上的活性物质的涂覆部分，这对制备大尺寸和高能量的二次电池是有利的。

反之，与传统的电池相比，在涂覆于集流件上的活性物质区域具有相同的面积并且未涂覆区减小的情况下，由于上面所提到的集流板的固定结构对电流汇集不发生影响。因此，电池尺寸的减少可以与未涂覆区缩小的尺寸相同，从而可向消费者提供每单位容量尺寸更小的电池。

此外，在本发明的二次电池中，正极和负极集流板10和12覆盖相应的未涂覆区2a和6a的前端，以与它们连接，因此，可增加接触面积，接触面积上的内阻可以减到最小。

于是，本发明的二次电池可以均一地汇集来自集流件每一部分的电流，进而可提高集电效率。

此外，本发明的二次电池可直接将正极和负极集流板的某些部分(上面提到的导线部分)连接到正极端子18和负极端子20上，这可以简化电极包与正、负极端子的电连接结构。

下面描述本发明的另一实施方式。

图9为本发明第二实施方式的从正极看电极包的侧面图。

参照图9，第二实施方式的正极集流板30包括多个彼此隔开的第一集流板30a和固定到第一集流板30a上并与之电连接的第二集流板30b。

通过激光焊接将正极集流板30牢固地连接并固定到正极未涂覆区2a的前端。

第二集流板30b的一端设置于电极组件8的外侧，以形成与二次电池的端子连接的导线部分30c。将第二集流板30b设置成平行于图1所示的电极包14的插入方向D2，以与第一集流板30a组装在一起。

与第一实施方式不同，第二实施方式的正极集流板30没有完全覆盖电极未涂覆区的前端，而在暴露前端的至少某一部分的同时与未涂覆区连接。这种结构的优点在于，在电极包装配于壳体内部且将电解液注入到壳体内时，电解液易于通过暴露部分注入电极组件8中。

在第二实施方式中，负极集流板可以通过与正极集流板相同的方式形成，在此不再赘述。

图10为本发明第二实施方式的改型方式的电极包的侧视图，该图与图9相似，也是从正极看的电极包的侧视图。

此改型方式的正极集流板32的总体形状与第二实施方式的正极集流板相同，但是第一集流板32a和第二集流板32b是不分离的整体。

这种正极集流板32不仅具有第二实施方式中易于注入电解液的优点，还能提高将正极集流板32固定到正极未涂覆区2a上的制备效率。

在此改型方式中，负极集流板也可按与正极集流板相同的方式形成，在此不再赘述。

以下将描述使二次电池具有上面提到的集流板10、12、30和32以利于固定正极和负极集流板及增加电极组件8的活性物质的量的电极包14的外形条件。

集流板10、12、30和32具有宽度方向x和长度方向y的矩形。可规定电极包满足下列公式：

                         a≤b

其中“a”为暴露于隔离件4外侧的正极和负极未涂覆区2a和6a的长度(参见图2)，“b”为集流板10、12、30和32的最大宽度(参见图4、图8、图9、和图10)。

对于“a”长于“b”的电极包14，暴露于隔离件4外侧的正极和负极未涂覆区2a和6a的长度太长，或者集流板10、12、30和32的最大宽度太短。这将难于增加电极组件8的活性物质的量，而且由于减小了集流板10、12、30和32与正极和负极未涂覆区2a和6a之间的接触面积，难于获得高的集电效率。

优选“a”为1至8mm。如果“a”小于1mm，当通过焊接将集流板10、12、30和32固定到电极组件8上时，将降低制备效率；如果它大于8mm，电极组件8的活性物质的涂覆面积减小，使得单位体积的能量密度降低。

本发明的二次电池可用作电机驱动设备的电源，例如用作混合电动机车、电动机车、无线真空吸尘器、电动自行车、或小型摩托车的电源。

本发明的二次电池可使内阻减到最小，可提高正极和负极的集电效率，并能均一地导出电极组件每一部分的电流。因此，它有利于制备高能量的电池。

尽管已示出并描述了本发明的几种实施方式，本领域技术人员可以理解，在不超出本发明的原理和构思的前提下，可对所述实施方式作出种种修改，本发明的保护范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (18)

1.一种用于二次电池的电极包，包括：

电极组件，其包括正极、负极、以及被插入所述两电极之间的隔离件，每一所述正极和负极具有沿它们的边缘的未涂覆区；

正极集流板，其覆盖所述正极未涂覆区的前端以与所述正极未涂覆区电连接，该正极集流板具有设置于所述电极组件外侧的部分；

负极集流板，其覆盖所述负极未涂覆区的前端以与所述负极未涂覆区电连接，该负极集流板具有设置于所述电极组件外侧的部分。

2.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极包，其中，所述正极未涂覆区与所述负极未涂覆区彼此相向设置，形成多个叠层，所述正极集流板和所述负极集流板紧密接触且分别被固定于所述正极未涂覆区前端的整个表面和所述负极未涂覆区前端的整个表面上。

3.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极包，其中，所述正极未涂覆区与所述负极未涂覆区彼此相向设置，形成多个叠层，所述正极集流板和所述负极集流板紧密接触且分别固定于所述正极未涂覆区的所述前端和所述负极未涂覆区的所述前端，暴露每一所述前端的一部分。

4.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极包，其中，所述电极包满足下列公式：

                            a≤b

其中“a”为设置于所述隔离件外侧的所述正极未涂覆区和所述负极未涂覆区的长度，“b”为所述正极集流板和所述负极集流板的最大宽度。

5.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极包，其中，设置于所述隔离件外侧的所述正极未涂覆区和负极未涂覆区的长度为1至8mm。

6.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极包，其中，所述正极集流板和负极集流板通过焊接分别被固定于所述正极未涂覆区和所述负极未涂覆区。

7.根据权利要求6所述的用于二次电池的电极包，其中，所述焊接为激光焊接。

8.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极包，其中，所述正极集流板和所述负极集流板的厚度为0.2至0.3mm。

9.根据权利要求1所述的用于二次电池的电极包，其中，设置所述正极未涂覆区和负极未涂覆区以形成多个叠层，所述未涂覆区相对于设置于它们中心的未涂覆区对称地弯曲。

10.一种二次电池，包括：

电极包，其包括电极组件、正极集流板和负极集流板，所述电池组件包括正极、负极、以及插入所述两电极之间的隔离件，每一所述正极和负极具有沿它们的边缘的未涂覆区；所述正极集流板覆盖所述正极未涂覆区的前端以与所述正极未涂覆区电连接，该正极集流板具有设置于所述电极组件外侧的部分；所述负极集流板覆盖所述负极未涂覆区的前端以与所述负极未涂覆区电连接，该负极集流板具有设置于所述电极组件外侧的部分；

壳体，其具有容纳所述电极包的空间；

盖组件，其固定于所述壳体的开口处以密封所述壳体，所述盖组件包括分别与所述正极集流板和所述负极集流板电连接的电极端子；

其中，所述电极组件在所述空间内被安装成使该组件的宽度方向和所述壳体的高度方向之间呈预定角度。

11.根据权利要求10所述的二次电池，其中，所述电极组件的宽度方向被安排成和所述壳体的高度方向垂直，所述正极集流板和所述负极集流板沿所述壳体的高度方向设置。

12.根据权利要求10所述的二次电池，其中，所述正极未涂覆区和所述负极未涂覆区彼此相向设置，形成多个叠层，所述正极集流板和所述负极集流板紧密接触且分别被固定于所述正极未涂覆区前端的整个表面和所述负极未涂覆区前端的整个表面。

13.根据权利要求10所述的二次电池，其中，所述正极未涂覆区和所述负极未涂覆区彼此相向设置，形成多个叠层，所述正极集流板和所述负极集流板紧密接触且分别被固定于所述正极未涂覆区的前端和所述负极未涂覆区的前端，暴露每一所述前端的一部分。

14.根据权利要求10所述的二次电池，其中，所述电极包满足下列公式：

                            a≤b

其中“a”为设置于所述隔离件外侧的所述正极未涂覆区和所述负极未涂覆区的长度，“b”为所述正极集流板和所述负极集流板的最大宽度。

15.根据权利要求10所述的二次电池，其中，所述正极集流板和负极集流板通过焊接分别被固定于所述正极未涂覆区和所述负极未涂覆区。

16.根据权利要求15所述的二次电池，其中，所述焊接为激光焊接。

17.根据权利要求10所述的二次电池，其中，所述二次电池为方形。

18.根据权利要求10所述的二次电池，其中，所述二次电池用于电机驱动设备。

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