專利名稱：二次電池及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及二次電池，尤其涉及二次電池的電極組件及其制造方法，其中提高了集電板相對電極板的焊接特性。
背景技術(shù)：
不同于原電池，二次電池是可充電的。
其中由一個電池單元制成電池組的低功率二次電池用作諸如蜂窩電話、便攜式計算機和可攜帶式攝像機的多種便攜式電子設(shè)備的能源。其中由幾個到數(shù)十個電池單元制成電池組的高功率二次電池用作諸如混合電動車的電動機驅(qū)動設(shè)備的能源。
根據(jù)外形，二次電池可以分為不同的類型，例如方形和圓柱形電池。
二次電池包括電極組件，在電極組件中帶狀的正電極和負電極連同插入它們中間的隔板卷繞。電極組件設(shè)置在殼體中，具有外部端子的蓋組件安裝在殼體內(nèi)。
導(dǎo)電接頭分別附著在正負電極上，用于收集所產(chǎn)生的從電極組件到蓋組件或殼體的電流。接頭通過焊接等方式固定在正負電極上。
例如在美國專利6,193,765中所公開的那樣，需要高功率的大型二次電池具有板形的集電板以用作接頭。
然而，在具有集電板的二次電池中，當(dāng)集電板電連接到電極組件時，存在損壞連接的可能性變高的問題。
一般來說，集電板通過焊接的方式連接到非涂層區(qū)域，非涂層區(qū)域是正負電極的集電極上沒有涂活性材料的部分。然而，當(dāng)集電板和非涂層區(qū)域彼此接觸時，非涂層區(qū)域容易在集電板的作用下彎曲。它彎曲的方向可能不一致，因此非涂層區(qū)域不能與集電板正確地接觸。
因此，集電板和非涂層區(qū)域之間的接觸是脆弱的，此外，也不能正確實現(xiàn)兩個元件之間的焊接。
當(dāng)這樣的問題發(fā)生在例如混合電動車的需要高功率的大型二次電池中時，不僅二次電池而且使用二次電池作為供電源組件的設(shè)備也會嚴(yán)重損壞。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種二次電池，能提高集電板和電極組件的固定狀態(tài)。
本發(fā)明還提供一種生產(chǎn)上述二次電池的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，二次電池包括電極組件，電極組件包括正電極、負電極和插入它們之間的隔板。殼體容納該電極組件，蓋組件固定在殼體上用于密封殼體。集電板電連接到電極組件上。
正電極和負電極中至少一個具有沒有涂活性材料的非涂層區(qū)域，非涂層區(qū)域具有彎曲部分。集電板電能夠連接到非涂層區(qū)域的彎曲部分。在一個實施例中，該彎曲部分具有向同一方向彎曲的多層。
非涂層區(qū)域沿著正負電極的至少一個的邊緣形成。
非涂層區(qū)域沿著正電極和負電極兩者的邊緣形成，正非涂層區(qū)域和負非涂層區(qū)域彼此相對。
電極組件具有膠卷結(jié)構(gòu)，非涂層區(qū)域的彎曲部分彎向電極組件的中心。
非涂層區(qū)域的彎曲部分形成在對應(yīng)于接觸該集電板的部分的非涂層區(qū)域中。
非涂層區(qū)域以預(yù)定的間隔被切割并分成多個非涂層區(qū)域，彎曲部分通過彎曲分隔的多個非涂層區(qū)域的至少一部分形成。
集電板直接接觸和固定在彎曲部分。
集電板通過焊接固定在彎曲部分。
集電板具有接觸和固定在彎曲部分的突出部分，并且在突出部分中形成槽。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造具有電極組件的二次電池的方法，該電極組件具有插入正電極和負電極之間的隔板，正電極和負電極具有沒有涂活性材料的非涂層區(qū)域，該方法包括向非涂層區(qū)域移動位于電極組件外部的模具以便彎曲非涂層區(qū)域的步驟。在這一方面進一步包括電連接集電板和非涂層區(qū)域的彎曲部分。在一個實施例中，非涂層區(qū)域形成為多層，所述多層向同一方向彎曲。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，一種制造具有電極組件的二次電池的方法，該電極組件具有插入正電極和負電極之間的隔板，正電極和負電極具有垂直設(shè)置的沒有涂活性材料的非涂層區(qū)域，該方法包括直線地向垂直設(shè)置的非涂層區(qū)域移動具有傾斜面的模具以便使傾斜面的前端擠壓非涂層區(qū)域的步驟。在這一方面進一步包括沿著中心軸繞傾斜面的前端旋轉(zhuǎn)模具以彎曲非涂層區(qū)域。


參照附圖，從實施例的描述中可以清楚和更加容易地理解本發(fā)明的這些和/或其它優(yōu)點，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的二次電池的橫截面圖；圖2是圖1所示的二次電池的集電板和電極組件的分解透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的二次電池的橫截面圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在電極組件非涂層區(qū)域中形成彎曲部分的方法；和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的在電極組件非涂層區(qū)域中形成彎曲部分的方法。
具體實施例方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的二次電池的橫截面圖。
如圖所示，根據(jù)本實施例的二次電池包括電極組件10，其具有正電極11、負電極12和插入這兩個電極之間的隔板13；圓柱形的殼體20，其一端開口，以容納殼體中的電極組件10和電解液；以及蓋組件30，通過墊圈31安裝在殼體20的開口端，以密封殼體20。正負集電板40和50電連接到電極組件10的正負電極11和12上。
殼體20由導(dǎo)電金屬制成，例如鋁、鋁合金或鍍鎳鋼，并且它的形狀可以是具有內(nèi)部空間以容納電極組件10的圓柱形。
蓋組件30包括具有外部端子32a的蓋板32和用于將殼體20和蓋板32絕緣的墊圈31。蓋組件30可以進一步包括通氣板33，其在規(guī)定壓力水平下破裂并釋放氣體，以防止電池爆炸。
通氣板33通過引線35電連接到正集電板40上。通氣板33不限于圖中的形狀，它可以變化為任何結(jié)構(gòu)，只要能在規(guī)定的壓力水平下通過引線35短路外部端子32a和電極組件10的電連接即可。
電極組件10具有層疊的結(jié)構(gòu)，以便于隔板13插入到正電極11和負電極12之間，正負電極具有分別涂覆相應(yīng)活性材料的集電極。圖1所示的實施例具有膠卷結(jié)構(gòu)，以便于層疊的正電極11、負電極12和隔板13卷繞成膠卷結(jié)構(gòu)。
作為一個示例，本實施例示出了具有圓柱形殼體20的二次電池，膠卷結(jié)構(gòu)的電極組件10安裝在殼體20中。
根據(jù)本實施例的電極組件10的正電極11和負電極12具有通過不在集電極上涂活性材料而形成的非涂層區(qū)域11a和12a。非涂層區(qū)域11a和12a分別沿著正電極11和負電極12的長度方向，在正電極11和負電極12的一個邊緣形成。
正非涂層區(qū)域11a和負非涂層區(qū)域12a彼此相對設(shè)置，由于電極組件10形成膠卷結(jié)構(gòu)，非涂層區(qū)域11a和12a都是多層設(shè)置的。
非涂層區(qū)域11a和12a具有彎向同一方向的彎曲部分，在這里是彎向電極組件的中心軸。
參見圖1，正電極11的非涂層區(qū)域11a設(shè)置在電極組件10的一邊(圖中上邊)，并且正非涂層區(qū)域11a具有統(tǒng)一彎向電極組件10中心的彎曲部分110a。正集電板40接觸和固定在彎曲部分110a上。
與上述類似，負非涂層區(qū)域12a設(shè)置在電極組件10的另一邊(圖中下邊)，并且負非涂層區(qū)域12a也具有統(tǒng)一彎向電極組件10中心的彎曲部分120a。負集電板50接觸和固定在彎曲部分120a上。
在這個實施例中，正集電板40和正非涂層區(qū)域11a的彎曲部分110a的固定，以及負集電板50和負非涂層區(qū)域12a的彎曲部分120a的固定都是通過激光焊接實現(xiàn)的。
在這個實施例中，由于正集電板40和負集電板50具有相似的形狀，并且非涂層區(qū)域11a和12a的彎曲部分110a和120a的固定是通過相似的方法實現(xiàn)的，下面將僅以正集電板40和正非涂層區(qū)域11a的彎曲部分110a解釋該結(jié)構(gòu)和固定結(jié)構(gòu)，但是它同時適于正電極和負電極。
參見圖2，正集電板40的整個形狀是盤形，圓形的孔41形成在正集電板40的中心。突出部分42相對于孔41設(shè)置成交叉形，并且突出部分42是通過激光焊接直接接觸和固定在正非涂層區(qū)域11a的彎曲部分110a的。也就是，正集電板40通過這些突出部分42電連接到正非涂層區(qū)域11a上。槽43形成在突出部分42內(nèi)部。
對應(yīng)于正集電板40的形狀，正非涂層區(qū)域11a的彎曲部分110a也相對于電極組件10的中心設(shè)置成交叉形。
正集電板40和正非涂層區(qū)域11a的這種結(jié)構(gòu)使突出部分42與正非涂層區(qū)域11a的彎曲部分110a接觸和固定。
也就是，由于正集電板40僅連接和固定在正非涂層區(qū)域11a的彎曲部分110a上，本發(fā)明的接觸面積遠大于慣用的二次電池中相應(yīng)的接觸面積，而且它們之間的接觸狀態(tài)也可以穩(wěn)定地保持。
圖3是本發(fā)明的第二實施例，其中示出了一種方形的二次電池。
在該二次電池中，安裝在殼體50內(nèi)部的電極組件52也具有正電極54、負電極56和隔板58。如同上述實施例中所提到的二次電池的電極組件，正電極54和負電極56在每個非涂層區(qū)域54a和56a具有彎曲部分540a和560a。
在該二次電池中，正端子64和負端子66設(shè)置在蓋組件60的蓋板62上，蓋組件60安裝在殼體50的開口端50a，以密封殼體50。直接接觸和固定在非涂層區(qū)域54a和56a的彎曲部分540a和560a的引線連接器68和68’連接到正端子64和負端子66上。
正非涂層區(qū)域54a的彎曲部分540a和負非涂層區(qū)域56a的彎曲部分560a彎向電極組件52的中心。這樣的布置形狀可以是如上述實施例的交叉形，但是不局限于此。
引線連接器68和68’的形狀可以對應(yīng)于彎曲部分540a和560a的布置形狀。
上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明可以適用于任何二次電池，例如圓柱形或方形，而不用考慮二次電池的形狀。
根據(jù)本發(fā)明一個實施例的二次電池的非涂層區(qū)域的彎曲部分可以按照如下方法制成。下面，為了方便起見，根據(jù)圖1和圖2所示的實施例以圓柱形二次電池的正非涂層區(qū)域為例加以解釋。
參見圖4，矩形棍形狀的模具80位于對應(yīng)于正集電板40的突出部分42的正非涂層區(qū)域11a的外部，以彎曲正非涂層區(qū)域11a。
接著，從電極組件10的外部向電極組件10的中心移動模具80。布置成多層的正非涂層區(qū)域11a的模具80移動經(jīng)過的部分，也就是非涂層區(qū)域11a被模具80擠壓的部分，依次彎向電極組件10的中心。
模具80的寬度與正集電板40的突出部分42的寬度一致。
當(dāng)正非涂層區(qū)域11a的彎曲部分110a在模具80的作用下形成交叉形時，對應(yīng)于每個彎曲部分110a的模具80可以依次或同時移向電極組件10的中心。
根據(jù)模具80的寬度，正非涂層區(qū)域11a的模具80移動的部分被預(yù)先切割。這樣在正非涂層區(qū)域11a上以預(yù)定的間隔形成切割線82，以此將正非涂層區(qū)域11a分割成多個非涂層區(qū)域，這樣在模具80擠壓它們時任何部分都變得容易彎曲。
也就是，切割線82可以是劃分正非涂層區(qū)域11a的彎曲部分和非彎曲部分的邊界線。
切割線82的長度與正集電板40的突出部分42的長度一致。
如上所述，如果切割線82在模具80沿著正非涂層區(qū)域11a移動之前形成在正非涂層區(qū)域11a上，由于被模具80彎曲的區(qū)域中正非涂層區(qū)域11a的部分已經(jīng)在兩邊被切割線82切割，所以它在被模具80擠壓時更容易被彎曲放倒，而且平滑度也得到提高。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的彎曲正非涂層區(qū)域11a的方法。在這個實施例中，具有傾斜面84的模具86用來在正非涂層區(qū)域11a中形成彎曲部分。
也就是，在具有傾斜面84的模具86相對于垂直設(shè)置的正非涂層區(qū)域11a位于正非涂層區(qū)域11a之上后，模具86向正非涂層區(qū)域11a直線移動，使模具的傾斜面84的前端擠壓正非涂層區(qū)域11a的一邊(電極組件的最外邊)。
因此，在正非涂層區(qū)域11a中，位于最外邊的部分首先被模具86的傾斜面84壓彎。
接著，如果模具86以模具86的前端為中心軸旋轉(zhuǎn)至相對于正非涂層區(qū)域11a位于水平，多層的正非涂層區(qū)域11a就依次被傾斜面84壓彎。
根據(jù)上述實施例所述的結(jié)構(gòu)的二次電池因此能均勻地壓平非涂層區(qū)域，以使與集電板的接觸面積最大化。這樣的二次電池可以用作需要高功率和大型電池的例如混合電動車、電動車、無線真空清潔器、摩托車或小型摩托車的電動機驅(qū)動設(shè)備的電源。
根據(jù)這些實施例，該二次電池能使非涂層區(qū)域與集電板之間的接觸面積最大化，并減少非涂層區(qū)域與集電板之間的焊接缺陷。
另外，由于集電板和非涂層區(qū)域均勻接觸，所以內(nèi)部阻抗和輸出是常數(shù)，這能增加產(chǎn)品的可靠性。
盡管示出和描述了本發(fā)明的幾個示例，但是應(yīng)該理解本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的原則和精神的情況下對這些實施例進行改變，本發(fā)明的保護范圍限制在權(quán)利要求及其等效替換中。
權(quán)利要求
1.一種二次電池，包括電極組件，包括正電極、負電極和插入在它們之間的隔板；殼體，在其中容納有電極組件；蓋組件，固定在殼體上用于密封殼體；和集電板，電連接到電極組件上，其中，正電極和負電極中至少一個具有沒有涂活性材料的非涂層區(qū)域，所述非涂層區(qū)域具有彎曲部分，該集電板電連接到非涂層區(qū)域的該彎曲部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中所述彎曲部分具有向同一方向彎曲的多層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中所述非涂層區(qū)域是沿著所述正電極和負電極中的至少一個的邊緣形成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二次電池，進一步包括沿著所述正電極和負電極中的至少一個的另一個的邊緣形成的第二非涂層區(qū)域，該非涂層區(qū)域和該第二非涂層區(qū)域彼此相對。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的二次電池，其中所述電極組件具有膠卷結(jié)構(gòu)，非涂層區(qū)域的所述彎曲部分彎向電極組件的中心。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二次電池，其中所述非涂層區(qū)域的彎曲部分的位置對應(yīng)于接觸集電板的非涂層區(qū)域的部分。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中所述非涂層區(qū)域以預(yù)定間隔被切割和分成多個非涂層區(qū)域，彎曲部分是通過彎曲分離的多個非涂層區(qū)域中的至少一部分形成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中該集電板直接接觸和固定在所述彎曲部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二次電池，其中該集電板通過焊接固定在所述彎曲部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中該集電板具有與所述彎曲部分接觸和固定的突出部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的二次電池，其中在該突出部分內(nèi)形成有槽。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中該二次電池為圓柱形。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中該二次電池為方形。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池，其中該二次電池適于用在電動機驅(qū)動設(shè)備中。
15.一種制造具有電極組件的二次電池的方法，電極組件具有插入正電極和負電極之間的隔板，正電極和負電極具有沒有涂活性材料的非涂層區(qū)域，該方法包括向所述非涂層區(qū)域移動位于該電極組件外部的模具，以彎曲所述非涂層區(qū)域；和電連接集電板和所述非涂層區(qū)域的彎曲部分。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造二次電池的方法，其中所述非涂層區(qū)域形成為多層，所述多層向同一方向彎曲。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造二次電池的方法，其中該電極組件具有膠卷結(jié)構(gòu)，該集電板直接接觸和固定在所述非涂層區(qū)域的所述彎曲部分。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造二次電池的方法，其中以預(yù)定間隔切割非涂層區(qū)域以形成分離的多個非涂層區(qū)域，分割的多個非涂層區(qū)域的至少一個被模具壓彎。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造二次電池的方法，其中該集電板通過焊接固定在所述非涂層區(qū)域的所述彎曲部分。
20.一種制造具有電極組件的二次電池的方法，電極組件具有插入正電極和負電極之間的隔板，正電極和負電極具有垂直設(shè)置的沒有涂活性材料的非涂層區(qū)域，該方法包括向垂直設(shè)置的非涂層區(qū)域直線移動具有傾斜面的模具，以使該傾斜面的前端擠壓所述非涂層區(qū)域；和沿著中心軸繞傾斜面的前端旋轉(zhuǎn)模具，以彎曲所述非涂層區(qū)域。
全文摘要
一種二次電池，包括含有正電極、負電極和插入它們之間的隔板的電極組件。殼體在其中容納電極組件，蓋組件固定到殼體上用于密封殼體。集電板電連接到電極組件上。正電極或者負電極，或者二者同時具有沒有涂活性材料的非涂層區(qū)域。非涂層區(qū)域具有彎曲部分，并且集電板電連接到非涂層區(qū)域的彎曲部分。
文檔編號H01M2/26GK1728435SQ20051008734
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月28日
發(fā)明者李相沅 申請人:三星Sdi株式會社