專利名稱：孔型鋰二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋰二次電池，尤其涉及一種在孔中包含有包括陽極、陰極和隔板的電極結(jié)構(gòu)的孔型鋰二次電池。
背景技術(shù)：
通常，由于鋰和水分的相互反應(yīng)，鋰二次電池使用非水電解質(zhì)。這種非水電解質(zhì)可以是包含鋰鹽的固體聚合物或者是鋰鹽離解到有機溶劑中的液相。鋰二次電池可分為鋰金屬電池、使用液體電解質(zhì)的鋰離子電池或者使用固體聚合物電解質(zhì)的鋰離子聚合物電池。
在純固體型鋰離子聚合物電池中沒有有機電解質(zhì)泄漏的問題，凝膠型鋰離子聚合物電池也能以比使用液體電解質(zhì)的鋰離子電池更簡單的方式防止電解質(zhì)的泄漏問題。例如，鋰離子聚合物電池可使用代替金屬殼的孔作為電極裝置的容器。
所述孔一般由包括金屬箔層和覆蓋金屬箔層的塑料層的多層膜組成。與使用金屬殼相比，使用這種孔能大大減輕電池的重量。通常，使用鋁作為構(gòu)成多層膜的孔中箔的金屬。形成孔膜內(nèi)層的聚合物層保護金屬箔不接觸電解質(zhì)，同時防止陽極、陰極和電極接頭之間的短路。
為了制造孔型鋰二次電池，將通過層壓或?qū)訅喝缓缶眇堦枠O、隔板和陰極形成的電極裝置放入到處于臨時密封狀態(tài)的孔中。隨后，將上孔膜和下孔膜在孔的開口邊緣部分彼此熱熔合以形成密封的孔型裸單元電池。
將如保護電路模塊(PCM)或正溫度系數(shù)(PTC)的附件或結(jié)構(gòu)(圖中未示出)附著到裸單元電池上以形成芯包裝電池(core pack battery)。通過將該芯包裝電池結(jié)合到硬殼內(nèi)，就生產(chǎn)出完整的硬包裝電池(hard pack battery)。硬殼可通過使用聚丙烯樹脂等形成，不用單獨在其內(nèi)側(cè)上提供電路和電導(dǎo)體部分，但硬殼內(nèi)部可取決于使用電池的裝置而裝有單獨輔助電路或其它電導(dǎo)體部分。在某些情況下，可以將芯包裝電池直接連接到產(chǎn)品上而沒有單獨的硬殼。
參照圖1和圖2，在孔密封處熔合的凸緣形側(cè)邊緣23處于向前折疊的狀態(tài)，即在具有近似矩形形狀的芯包裝電池100的左右兩側(cè)上槽54的形成方向上。折疊側(cè)邊緣23是通過盡可能減少側(cè)邊緣23的寬度以降低電池的尺寸，以便去除通過熔合邊緣以密封所述孔而形成的裸單元電池中的無用空間。
保護電路模塊和其它結(jié)構(gòu)在從芯包裝電池100前方看時形成矩形的四個邊的上邊附近連接到電池上，電極接頭37和38從這里引出。另外，如圖2所示，電極接頭37和38彎曲一次或兩次。由于電極接頭彎曲、引出電極接頭的上側(cè)邊緣23′在密封的孔中，保護電路模塊51位于由在引出電極接頭的側(cè)上形成槽54的一個壁表面56以及向槽折疊的孔的左右兩側(cè)限定的空閑空間內(nèi)，從而可減小整個電池的長度。
即使孔的兩個側(cè)邊緣23都處于折疊狀態(tài)，構(gòu)成孔膜中間層的金屬箔也會在邊緣23的端部暴露到外邊。由于當形成芯包裝電池100時，保護電路模塊51的電導(dǎo)體部分在空間位置上靠近孔的折疊邊緣23，所以很可能與邊緣23電連接。如果保護電路模塊51的電導(dǎo)體部分以任意方式連接到電池的陰極上，則會增加陰極銅和鋁箔之間短路的可能性。
另外，當芯包裝電池直接嵌入到硬殼或使用電池的產(chǎn)品的電池箱中時，可能會通過硬殼或電池箱中的電路部分或其它電導(dǎo)體發(fā)生孔膜的金屬箔和電池陰極之間的短路。另外，可通過貫穿孔膜的金屬箔、保護電路模塊的電導(dǎo)體、硬殼或電池箱的電導(dǎo)體和電池陰極的路徑建立電連接。
一旦構(gòu)成孔膜的金屬箔的鋁在任何上述情況下連接到陰極的銅集電極上，鋁箔可能就會受到腐蝕。尤其是在孔中陰極接頭附近存在泄漏的電解質(zhì)組分或水分的環(huán)境下會加速金屬箔的腐蝕。
如果用作水分或氧屏障的金屬箔繼續(xù)腐蝕，則孔膜的聚合物層可以有效地阻止水分和氧的進入。這種孔阻塞能力的降低可導(dǎo)致電池的異常。也就是說，如果凝膠型電解質(zhì)隔板的有機電解質(zhì)蒸發(fā)或外部水分或氧侵入到電池中，則會發(fā)生如溶脹等異?，F(xiàn)象，這導(dǎo)致電池廢棄、變質(zhì)和壽命縮短。
為了克服這一問題，已提出了在芯包裝電池的左右兩側(cè)通過將側(cè)邊折疊兩次以形成凸緣形狀的方法。首先，孔的兩側(cè)邊緣23都折疊到一半以形成重疊的邊緣部分23，如圖3所示。結(jié)果，邊緣的寬度減少一半，邊緣的端部231與構(gòu)成槽54的部分側(cè)壁表面541接觸。隨后，再向槽54折疊重疊的邊緣部分，從而端部231被插入到邊緣23和構(gòu)成槽54的側(cè)壁表面541之間而對外部不可見。
但是，與彎曲的電極接頭37、38連接的保護電路模塊(未示出)位于未被孔的槽54占據(jù)的空閑空間區(qū)域內(nèi)。因此，即使邊緣23折疊兩次，邊緣的端部231仍未被槽54的側(cè)壁表面541遮蔽。換句話說，邊緣的端部231在該空間內(nèi)仍然是暴露的，因而它們非?？赡芘c位于該空間或其它地方的保護電路模塊等連接。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種能防止構(gòu)成多層孔膜中至少一層的金屬箔暴露的邊緣端部通過保護電路模塊、硬殼內(nèi)的電導(dǎo)體等與形成電極的其它金屬電連接的孔型鋰二次電池。即，本發(fā)明旨在提供一種孔型鋰二次電池，其能防止金屬箔受到由金屬箔和其它金屬之間的短路引起的腐蝕。
按照本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種孔型鋰二次電池，該電池包含有包括陽極、隔板和陰極的電極裝置；以及孔，具有用于容納電極裝置的槽并且其上部與下部在槽周圍彼此熔合形成凸緣狀邊緣，其中該邊緣在其端部至少部分被絕緣材料覆蓋。
按照本發(fā)明的另一方面，所述絕緣材料覆蓋孔中除了引出電極接頭部分的邊緣的全部端部，并且可用膠帶等形成。
按照本發(fā)明的再一方面，在從槽的厚度方向觀察時，所述孔通常具有近似矩形的形狀，并且該孔兩側(cè)的邊緣在槽形成方向上都折疊。此時，如果構(gòu)成絕緣材料的膠帶以邊緣的端部作為起點，部分寬度附著到邊緣，而剩余寬度附著到槽側(cè)壁的表面或基面上，邊緣的端部被膠帶覆蓋并且同時折疊的邊緣與孔的槽緊密接觸。
按照本發(fā)明的再一方面，當矩形孔的兩側(cè)的邊緣折疊兩次時，也就是首先折疊到具有原始寬度的一半，然后再朝著槽折疊時，絕緣材料只要附著到安裝保護電路模塊的側(cè)與孔的兩個側(cè)面會合的部分的邊緣的端部，就可防止保護電路模塊的電導(dǎo)體部分和孔的金屬箔之間的短路。通常，安裝保護電路模塊的側(cè)與引出電極接頭的側(cè)相同。


圖1表示當從形成有容納電極裝置的槽的表面方向看時形成近似矩形的芯包裝電池的一個例子的正視圖；圖2表示圖1所示例子的透視圖，只示出了連接保護電路組件的單獨部分；圖3表示在孔的左右兩側(cè)折疊凸緣狀邊緣兩次的方法示意圖；圖4表示按照本發(fā)明一實施方式在形成鋰二次電池過程中保護電路模塊連接到裸單元電池狀態(tài)的透視示意圖；圖5表示按照本發(fā)明另一實施方式的芯包裝電池的示意性正視圖；圖6表示按照本發(fā)明又一實施方式的芯包裝電池的示意性透視圖；圖7表示按照本發(fā)明再一實施方式的鋰二次電池的正視圖；以及圖8表示按照本發(fā)明形成的硬包裝電池沿垂直于形成邊緣的孔的左右兩側(cè)的平面提取的示意性截面圖。
具體實施例方式
參照示出了本發(fā)明實施例的圖4，通常形成為一整體的矩形孔膜在相對于一側(cè)的縱向上的中部折疊并粘結(jié)以形成孔的上部和下部。通過壓制加工等，在下部形成可容納電極裝置的槽。本文中，孔膜具有通常由鋁制成的金屬箔和涂敷在金屬箔的上、下表面的聚合物膜如聚丙烯樹脂膜等組成的多層結(jié)構(gòu)。
通常，通過層壓陽極、隔板和陰極產(chǎn)生多層膜并卷繞該多層膜成卷的形式以形成果凍卷形狀的電極裝置。在果凍卷形成過程中隔板與果凍卷的外或內(nèi)電極表面連接以便防止陽極和陰極之間的短路。
本文中，通過在由具有良好電導(dǎo)率的金屬片如鋁箔制成的陽極集電極的兩個表面上涂敷主要成分為鋰基氧化物的陽極涂敷部分的方法形成陽極。在陽極中，陽極接頭電連接到未用陽極涂敷部分形成的陽極集電極區(qū)域。
通過用包含碳材料作為主要成分的陰極涂敷部分涂敷由導(dǎo)電金屬片如銅箔制成的陰極集電極形成陰極?？梢杂眠@樣的方式進行涂敷，即混合電導(dǎo)體、粘合劑和其它組分以產(chǎn)生糊狀活性材料，并用該糊狀活性材料薄薄地覆蓋陰極集電極。在陰極中，陰極接頭也電連接到未用陰極涂敷部分形成的陰極集電極區(qū)域。
在具有卷繞成果凍卷形狀的電極裝置中，陽極接頭和陰極接頭并排設(shè)置，在垂直于果凍卷卷繞方向的方向上從果凍卷中突出，并通過密封的孔的一側(cè)從孔中引出。
通常，電極接頭采取主要由鋁、銅或鎳制成的金屬接頭的形式。這些電極接頭必須具有足以使電流通過其流動而沒有顯著壓降的厚度和尺寸。
為了在孔的密封過程中加強構(gòu)成電極接頭的金屬和孔的內(nèi)表面上的聚合物膜之間的粘結(jié)，可在聚合物膜表面包含特殊的組分，或在孔密封之前將包含特殊組分的單獨的膠帶(未示出)預(yù)先附著到粘附電極接頭的孔部分上。此時，該膠帶還用于防止電極和電極接頭之間的短路。
通常，在密封過程中還插入在部分密封表面未密封時注入電解質(zhì)的過程、注入電解質(zhì)后臨時密封密封表面的過程和去除在隨后過程中產(chǎn)生的氣體的過程。
在另一實施方式中，可設(shè)置陽極、陰極和電極接頭而具有不同的極性。
通過使電極裝置處于的下部槽周圍的邊緣與孔膜的上部的相應(yīng)邊緣緊密接觸，然后加熱并擠壓邊緣的緊密接觸部分，邊緣的內(nèi)部聚合物膜彼此熔合以實現(xiàn)孔的密封并由此形成裸單元電池。此時，當孔的上部和下部處于熔合狀態(tài)時，邊緣23、23’在環(huán)繞槽54的四側(cè)中的至少三側(cè)呈凸緣形狀。
在不知槽54厚度時，在具有近似矩形形狀的孔中，絕緣膠帶201沿與引出電極接頭37和38的側(cè)連接的兩個側(cè)面附著到邊緣23的端部上，從而端部的金屬箔不會暴露。然后沿槽的形成方向折疊兩個側(cè)邊的邊緣23。最后，按常規(guī)方式將如保護電路模塊51、正溫度系數(shù)(PTC)等結(jié)構(gòu)附著到裸單元電池的陽極接頭37和陰極接頭38上，形成芯包裝電池100。
本文中，保護電路模塊51的電導(dǎo)體部分在空間上仍然位置靠近孔的兩個側(cè)邊的折疊邊緣23。但是，由于邊緣23的端部處的金屬箔被絕緣膠帶201遮蔽，因而不用擔心金屬箔與保護電路模塊51的電導(dǎo)體部分的電連接。當芯包裝電池100以后結(jié)合到其內(nèi)部具有如單獨輔助電路等電導(dǎo)體部分的硬殼內(nèi)時，絕緣膠帶201還能防止金屬箔在孔的折疊邊緣23的端部處與電導(dǎo)體部分電連接。因此，不用擔心金屬箔和電池陰極之間通過硬殼內(nèi)的電導(dǎo)體部分短路。
參照示出了本發(fā)明另一實施例的圖5，直到邊緣折疊過程時才進行膠帶的附著處理。另外，從金屬箔暴露的邊緣23的端部開始，膠帶203的一半寬度附著到邊緣上，另一半寬度附著到構(gòu)成槽54的側(cè)壁表面或基面上。因此，膠帶203防止了暴露的金屬箔與其它電導(dǎo)體部分電連接，同時使折疊邊緣23與槽緊密接觸，因而使外觀整潔完美。這可以克服由折疊邊緣引起的后續(xù)過程不方便的問題，例如將芯包裝電池100插入到硬殼中的過程。
參照示出了本發(fā)明在再一實施例的圖6，孔的兩個側(cè)面的邊緣23折疊兩次。因此，在沿著孔的兩個側(cè)面形成有槽54的部分A，邊緣的端部231的金屬箔不會暴露。但是，在孔的頂角部分B，即，在芯包裝電池100中限定放置保護電路模塊51的空間的部分，用絕緣膠帶205覆蓋邊緣23的端部231。因此，即使保護電路模塊51的電導(dǎo)體部分位置靠近邊緣的端部231，也不用擔心孔的金屬箔和保護電路模塊的電導(dǎo)體部分之間的短路。在這種實施方式中，由于端部231在大部分邊緣上沒有暴露，并且絕緣膠帶205只附著到金屬箔暴露的兩個頂角上，因此膠帶的附著處理比其它實施方式要簡單。
參照示出了本發(fā)明又一實施例的圖7，兩個芯包裝200彼此結(jié)合以形成一塊電池。每一芯包裝200的左右邊緣都折疊兩次。與圖6中用一個芯包裝形成電池的上述實施方案類似，在該實施方式中，絕緣膠帶207附著到每一芯包裝200的兩個頂角上。因此，膠帶防止了在角處暴露的金屬箔與靠近其的保護電路模塊51的電導(dǎo)體部分的電連接。參考數(shù)字“216”表示伸出兩個芯包裝的電導(dǎo)線。
參照示出了本發(fā)明再一實施例的圖8，在與形成有槽的芯包裝電池100的下部相對的硬殼60的內(nèi)表面上還提供有輔助電路63。輔助電路63是否存在以及如何構(gòu)造輔助電路由使用電池的電/電子器件的特性決定。硬殼60的大部分內(nèi)部空間填滿包括電極裝置的芯包裝電池100。用雙面膠帶65將芯包裝電池100的上表面粘附到硬殼60的內(nèi)表面上，以使芯包裝電池100安全地固定到硬殼上。
在本發(fā)明的一種實施方式中，在槽形成方向上折疊的孔的兩邊緣23的端部在空間位置上靠近硬殼60內(nèi)表面上的輔助電路63的電導(dǎo)體部分。但是，邊緣的端部已用絕緣膠帶209覆蓋。因此，即使在邊緣的端部與硬殼60內(nèi)表面上的電導(dǎo)體部分接觸時也可以防止孔的金屬箔和電導(dǎo)體部分的電連接，并且即使電池的陰極連接到電導(dǎo)體部分時，也可以防止金屬箔和電池陰極之間的短路。
根據(jù)本發(fā)明，如上所述，絕緣膠帶附著到孔的邊緣端部暴露的位置以使端部與構(gòu)成電池的其它部件不直接接觸，從而防止了孔的金屬箔和電池陰極之間的短路。本發(fā)明還解決了由于金屬箔與陰極電連接而使金屬箔腐蝕從而不能用作水分或氧的屏障的問題。
權(quán)利要求
1.一種孔型鋰二次電池，包括包括陽極、隔板和陰極的電極裝置；以及孔，具有用于容納所述電極裝置的槽并且其上部與下部在該槽周圍彼此熔合以形成凸緣狀邊緣，其中，所述邊緣在其端部至少部分被絕緣材料覆蓋。
2.按照權(quán)利要求1所述的鋰二次電池，其特征在于，所述絕緣材料覆蓋除了引出電極接頭的部分的所述孔的邊緣的全部端部。
3.按照權(quán)利要求1所述的鋰二次電池，其特征在于，所述絕緣材料由膠帶形成。
4.按照權(quán)利要求1所述的鋰二次電池，其特征在于，所述孔在從所述槽的厚度方向觀察時具有近似矩形的形狀，所述孔兩側(cè)的邊緣在所述槽的形成方向上折疊一次，并且構(gòu)成絕緣材料的粘性膠帶以所述邊緣的端部作為起點，其部分寬度附著到所述邊緣，并且剩余寬度附著到形成所述槽的表面。
5.按照權(quán)利要求1所述的鋰二次電池，其特征在于，所述孔在從所述槽的厚度方向觀察時具有近似矩形的形狀，所述孔兩側(cè)的邊緣首先折疊為具有原始寬度一半的形狀，然后再朝向所述槽折疊，并且所述絕緣材料只在安裝保護電路模塊的側(cè)面與所述孔的兩側(cè)面會合的角部處附著到所述邊緣的端部上。
6.按照權(quán)利要求1所述的鋰二次電池，其特征在于，所述孔在從所述槽的厚度方向觀察時具有近似矩形的形狀，并用所述絕緣材料覆蓋兩平行側(cè)面的邊緣的全部端部。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種孔型鋰二次電池。按照本發(fā)明的孔型鋰二次電池包含有包括陽極、隔板和陰極的電極裝置，以及孔，具有用于容納所述電極裝置的槽并且其上部與下部在所述槽的周圍彼此熔合以形成凸緣狀邊緣。該邊緣在其端部至少部分被絕緣材料覆蓋。因此，可以防止孔的金屬箔和電池陰極之間的短路，還可以防止由電池腐蝕。
文檔編號H01M2/10GK1638181SQ20041010157
公開日2005年7月13日 申請日期2004年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月26日
發(fā)明者李相鎬, 許祥道 申請人:三星Sdi株式會社