专利名称：一种锂离子电池的电极组件及使用该组件的锂离子电池的制作方法
优先权要求本发明要求具有2002年7月13日向韩国知识产权局提交的题为“一种锂离子电池的极板组件及使用该组件的锂离子电池”的申请的优先权，其申请号为2002-40974，该申请的内容在本文引用参考。
使用电极组件的锂离子电池在厚度上没有更多的增加空间。当电池重复充电和放电循环后电池出现膨胀或膨胀偏移，电池可变形，导致电池性能下降。此外，在重复充电和放电循环循环后锂沉淀在涂层部分的边缘，增加了电池的厚度或使电池变形。
因此，可以认识到应进行改进锂离子电池和电极组件。
本发明提出了一种电极组件，其包括负电极，负电极通过缠绕的叠层结构形成，叠层结构具有由电流集电器构成的负电极起始部分，负电极片在负电极的上端从电流集电器延伸，负电极涂层部分从负电极起始部分延伸，负电极活性材料涂复在集电器至少一个表面上；正电极，其通过缠绕的叠层结构形成，叠层结构具有由电流集电器构成的正电极起始部分，与负电极片间隔开预定距离的正电极片在正电极上端从电流集电器延伸，正电极涂层部分从正电极起始部分延伸，正电极活性材料涂复在集电器的至少一个表面上，正电极涂层部分与负电极间隔开预定的距离，和设置在正负电极之间提供电绝缘的隔板。
负电极涂层部分在未重迭正电极片或负电极片或与二者都未重迭的部分开始。正电极涂层部分可以在未重迭正电极片或负电极片或与二者都未重迭的部分终止。负电极涂层部分可以在未重迭正电极片或负电极片或与二者都未重迭的部分终止。
本发明提出了一种包括电极组件的锂离子电池，该电极组件包括负电极，负电极通过缠绕的叠层结构形成，叠层结构具有由电流集电器构成的负电极起始部分，负电极片在负电极上端从电流集电器延伸，负电极涂层部分从负电极起始部分延伸，负电极活性材料涂复在集电器至少一个表面上；正电极，其通过缠绕的叠层结构形成，叠层结构具有由电流集电器构成的正电极起始部分，与负电极片间隔预定距离的正电极片在正电极上端从电流集电器延伸，正电极涂层部分从正电极起始部分延伸，正电极活性材料涂复在集电器至少一个表面上，正电极涂层部分与负电极间隔开预定的距离；设置在正负电极之间提供电绝缘的隔板；容纳电极组件的壳体；和注入壳体的电解液。
壳体可以是盒体。此外壳体可包括顶板组件，其将包围电极组件的盒体和盒体上部密封，并提供电极组件和电极组件外部的电连接。
根据本发明的原理，如所介绍和实施的，本发明提供了一种电极组件，包括负电极，其通过缠绕的第一叠层结构形成，所述第一叠层结构包括负电极起始部分、负电极涂层部分和负电极活性材料，所述负电极起始部分和所述负电极涂层部分包括第一电流集电器，所述负电极起始部分具有从所述负电极起始部分延伸的负电极片，负电极涂层部分从所述负电极起始部分开始延伸，负电极起始部分的第一电流集电器未涂复所述负电极活性材料，负电极涂层部分的所述第一集电器的至少一个表面涂复了负电极活性材料；正电极，其通过缠绕的第二叠层结构形成，第二叠层结构包括正电极起始部分、正电极涂层部分和正电极活性材料，正电极起始部分和正电极涂层部分包括第二电流集电器，正电极起始部分具有从正电极起始部分延伸的正电极片，正电极涂层部分从所述正电极起始部分开始延伸，所述正电极起始部分的第二电流集电器未涂复正电极活性材料，所述正电极涂层部分的第二电流集电器的至少一个表面涂复了正电极活性材料，正电极片与负电极片间隔开预定的距离；和设置在正和负电极之间的隔板，用于提供电绝缘。
根据本发明的原理，如所介绍的和实施的，本发明提供了一种锂离子电池，其包括一种电极组件，该电极组件包括负电极，其通过缠绕的第一叠层结构形成，第一叠层结构包括负电极起始部分、负电极涂层部分和负电极活性材料，负电极起始部分和负电极涂层部分包括第一电流集电器，负电极起始部分具有从负电极起始部分延伸的负电极片，负电极涂层部分从负电极起始部分开始延伸，所述负电极起始部分的第一电流集电器未涂复负电极活性材料，所述负电极涂层部分的第一集电器的至少一个表面涂复了负电极活性材料；正电极，其通过缠绕的第二叠层结构形成，第二叠层结构包括正电极起始部分、正电极涂层部分和正电极活性材料，正电极起始部分和正电极涂层部分包括第二电流集电器，正电极起始部分具有从正电极起始部分延伸的正电极片，正电极涂层部分从正电极起始部分开始延伸，所述正电极起始部分的第二电流集电器未涂复正电极活性材料，所述正电极涂层部分的第二电流集电器的至少一个表面涂复了正电极活性材料，正电极片与负电极片间隔开预定的距离；设置在正和负电极之间的隔板，用于提供电绝缘；容纳所述电极组件的壳体；和所述壳体中的电解液。
下面通过参考示例性的附图，对本发明进行更详细的介绍。从下面的介绍和从权利要求能够更加清楚本发明的其他优点和特点。
下面介绍实施本发明最佳模式的图示实施例。为了简化起见，未介绍实施例的全部特征。在下面的介绍中，由于不必要的细节可能使本发明不那么清晰，故对熟悉的功能、结构和形状未加以详细介绍。可以认为在开发任何具体实施例时，需要作出许多技术决定以实现开发人员的特定目标，例如要满足与系统有关和与市场有关的限制，这些限制会依不同实施条件而变化。此外，应当理解这些开发研究可能是复杂和费时的，但是对掌握了本发明技术的普通技术人员来说，不过是常规工作。
图1A是锂离子电池的透视图。图1B是图1A中部分B的放大图。
参考图1A和图1B，电极组件10容纳在盒体11的内部空间11a中。电极组件10包括正电极12，负电极13和设置在正电极和负电极12和13之间的隔板14。正电极在正电极电流集电器的表面涂复了正电极活性材料。负电极13在负电极电流集电器的表面涂复了负电极活性材料。即，正电极12、隔板14和负电极13层叠在一起，卷成果冻卷状的电极组件。正电极片15和负电极片16分别从正电极12和负电极13的正负电极端子伸出。在正和负电极片15和16的各预定部分可缠绕带(未显示)以保证绝缘。电解液注入盒体11的内部空间11a。
图2是沿图1所示电极组件的剖面A-A的截面图。参考图2，电极组件10是通过层叠正电极12、隔板14和负电极13并将层叠结构进行缠绕而形成。具体地，负电极13包括负电极起始部分13a，其由未涂复负电极活性材料的电流集电器组成，负电极片16连接到其上端。
另外，负电极13包括负电极涂层部分13c，其由从负电极起始部分13a延伸的电流集电器组成，集电器至少一个平面涂复了负电极活性材料13b。由于负电极涂层部分13c从与正电极片15重迭的部分开始，使电极组件10的总厚度增加了涂复在负电极涂层部分13c上的负电极活性材料的厚度。这种方式也应用于正电极12。即，正电极12包括未涂复正电极活性材料的正电极起始部分12a，其上端连接了正电极片15。此外，正电极12包括正电极涂层部分12c，其由从正电极起始部分12a延伸的电流集电器组成，集电器至少一个平面涂复了正电极活性材料12b。由于正电极涂层部分12c也从与正电极片15重迭(对准)的部分开始，使电极组件10的厚度增加。
换句话，负电极涂层部分13c从与正电极片15对准的部分开始，因此电极组件10的总厚度必然增加涂复在负电极涂层部分13c上的负电极活性材料的厚度。如图2所示，负电极涂层部分13c在与正电极片15对准的位置开始。以不同方式来说明，负电极涂层部分13c从正电极片15之下的位置开始，如图2中显示的位置。
如图2所示，正电极涂层部分12c从正电极起始部分12a延伸。即，正电极涂层部分12c从电极组件10的中间部分或内部的正电极起始部分12a开始。正电极涂层部分12c终止于电极组件10的外边缘或边缘附近。即，正电极涂层部分12c终止于电极组件10的外部或其附近。
如图2所示，至少一部分的正电极活性材料12b终止于区域D′，区域D′位于或接近电极组件10的外部。区域D′是至少一些正电极活性材料12b终止的位置。区域D′还可以称作正电极涂层部分12终止区域，因为正电极的电流集电器在区域D′停止涂复正电极活性材料12b。
如图2所示，在电极组件10绕组终止的外部，正电极活性材料12b的端部位于区域D′。由于区域D′重迭负电极片16，电极组件10的厚度增加。因此，采用与上述相同的方式，电极组件10厚度增加。
如图2所示，至少一部分负电极活性材料13b在区域E′终止。区域E′位于或接近电极组件10的外部。区域E′是至少一些负电极活性材料13b终止的区域。区域E′还可以称作负电极涂层13c终止的区域。因为负电极的电流集电器在区域E′停止涂复负电极活性材料。
如图2所示，在电极组件10绕组终止的外部，负电极活性材料13b的端部位于区域E′。由于区域E′重迭负电极片16，电极组件10的厚度增加。因此，采用与上述相同的方式，电极组件10厚度增加。
图2显示了位于正电极涂层部分12c终止位置的区域F′。如图2所示，区域F与负电极片16对准，位于负电极片16之上。当正电极涂层部分12c终止的位置与负电极片16对准时，电极组件10的厚度增加。
图2显示了位于正电极涂层部分12c开始位置的区域G″。如图2所示，区域G″与正电极片15对准，位于正电极片15之下。当正电极涂层部分12c开始的位置与正电极片15对准时，电极组件10的厚度增加。
图2显示了位于负电极涂层部分13c开始位置的区域H′。如图2所示，区域H′与正电极片15对准，位于正电极片15之下。当负电极涂层部分13c开始的位置与正电极片15对准时，电极组件10的厚度增加。
在这种情况下，由于使用上述电极组件10的电池在厚度上没有空间，当重复充电和放电循环后出现膨胀或膨胀偏移时，电池出现变形，导致电池的性能下降。此外，在重复充电和放电循环后锂在涂层部分的边缘沉淀也增加了电池的厚度，或造成电池变形。
现在将参考附图详细的介绍实施本发明的最佳模式。图3A是根据本发明的锂离子电池的电极组件的透视图，图3B是沿图3A所示根据本发明的电极组件的剖面C-C的透视图。
参考图3A和3B，电极组件30包括缠绕的层叠负电极33，隔板34和正电极32。负电极片36和正电极片35分别从负电极33和正电极延伸出。
负电极33通过缠绕的第一叠层结构形成，叠层结构具有由第一电流集电器组成的负电极起始部分33a，负电极片36在负电极33上部从集电器延伸；和负电极涂层部分33c，其从负电极起始部分33a延伸，电流集电器的至少一个平面涂复了负电极活性部分33b。
正电极32通过缠绕的第二叠层结构形成，叠层结构具有由第二电流集电器组成的正电极起始部分32a，与负电极片36间隔预定距离的正电极片35在正电极32上部从集电器延伸；和正电极涂层部分32c，其从正电极起始部分32a延伸，电流集电器的至少一个平面涂复了正电极活性部分32b，正电极涂层部分32c与负电极33间隔开预定的间距。隔板34位于正和负电极32和33之间，提供电绝缘。
负电极涂层部分33c在不与正电极片35对准的部分开始，因此电极组件30的总厚度必然减少了涂复在负电极涂层部分33c的负电极活性材料的厚度。如图3B所示，负电极涂层部分33c从不与正电极片35对准的部分开始。以不同的方式叙述，负电极涂层部分33c从不位于正电极片35之下也不位于正电极片35之上的位置开始，如图3B中所示位置。
第一和第二电流集电器可为相同的材料。如图3B所示，正电极涂层部分32c从正电极起始部分32a延伸。即，正电极涂层部分32c在电极组件30的中部或内部从正电极起始部分32a延伸。正电极涂层部分32c在电极组件30的外边或接近于外边处终止。即，正电极涂层部分32c在电极组件30的外部或其附近终止。如图3B所示，至少一部分的正电极活性材料32b在位于或接近于电极组件30外部的区域D″终止。在区域D″是至少一些正电极活性材料32b终止的区域。区域D″还可以称为正电极涂层部分32c终止的区域，因为正电极的电流集电器在区域D″停止涂复正电极活性材料32b。
正电极涂层部分32c在不与正电极片35重迭的部分开始。换句话，正电极涂层部分32c在不对应于正电极片35的部分开始。因此，正电极片35所在部分的厚度减少，使电池的总厚度减少。负电极片36的情况也相同。即正电极涂层部分32c的起始部分不与负电极片36重迭，因此，减少了电池的总厚度。
还有，在负电极涂层部分33c从不与正电极片35重迭的部分开始的情况下，与负电极涂层部分33c从与正电极片35重迭部分开始的情况比较，在正电极片32开始延伸的部分形成了空间。这样，将正和负电极涂层部分32c和33c的起始部分移动到不设置正和负电极片的部分，形成了宽度大约为0.2毫米(mm)的空间。
如图3B所示，在电池的外部，负电极活性材料33b终止于区域E″，区域E″不与负电极片36重迭。因为图3B所示的区域E″不与负电极片36重迭，根据本发明的电极组件30可具有较小的宽度。换句话，由于区域E″的位置，其未使电极组件30对应于负电极片36的部分的厚度额外增加。
如图3B所示，在电池的外部，正电极活性材料32b终止于区域D″，区域D″不与负电极片36重迭。因为图3B所示的区域D″不与负电极片36重迭，根据本发明的电极组件30可具有较小的宽度。换句话，由于区域D″的位置，其未使电极组件30对应于负电极片36的部分的厚度额外增加。
负电极涂层部分33c终止于区域E″，正电极涂层部分32c终止于区域D″，换句话，在区域D″停止涂复。考虑到图3B所示的区域D″和区域E″具有的优越位置，可使空间增加，其宽度为大约O.15毫米(mm)。
图3B显示了区域F″，其位于正电极涂层部分32c终止的区域。如图3B所示，区域F″未与负电极片36对准，即，不位于负电极片36之上。当正电极涂层部分32c终止的位置不与负电极片36对准时，电极组件10的厚度可以减少。因此，图3B显示的组件比图2所示的组件薄。
图3B显示了区域G″，其位于正电极涂层部分32c开始的区域。如图3B所示，区域G″未与正电极片35对准，即，不位于正电极片35之下。当正电极涂层部分32c起始的位置不与正电极片35对准时，电极组件10的厚度可以减少。因此，图3B显示的组件比图2所示的组件薄。
图3B显示了区域H″，其位于负电极涂层部分33c开始的区域。如图3B所示，区域H″未与正电极片35对准，即不位于正电极片35之下。当负电极涂层部分33c开始的位置不与正电极片35对准时，电极组件10的厚度可以减少。因此，图3B显示的组件比图2所示的组件薄。
如上所述，负电极涂层部分33c和/或正电极涂层部分32c的起始位置，或其结束位置，未重迭正电极片35或负电极片36，因此，增加了空间，其宽度为大约100微米(μm)或更大，这个宽度范围足以很好地适应电池在重复充电和放电循环后的厚度改变。因此，可得到不会因电池厚度改变而变形的高容量电池。
图4是根据本发明的锂离子电池的透视图。参考图4，锂离子电池40的电极组件30容纳在盒体41的内部空间41a，内部空间41a注入电解液。
如图4所示，电极组件30容纳在盒体41中。不过，电极组件30可容纳在筒体中。在这种情况下，筒体的上部被顶板组件覆盖，并密封筒体的上部，和提供电极组件30和筒体外部的电连接。容纳，密封，注入电解液和类似步骤可通过常规方式进行。
图5是根据本发明的电极组件，锂离子电池，筒体和顶板组件的透视图。图5显示出电极组件30，锂离子电池50，筒体51和顶板组件52。
如上所述，根据本发明的锂离子电池的电极组件和使用电极组件的锂离子电池可以提供宽度大到足以应付电池在重复充电和放电循环后厚度增加的空间，因此可防止重复充电和放电循环后出现的电池厚度增加或形状变形。因此，得到了高度可靠的锂离子电池。
尽管本发明已经参考优选的实施例进行了显示和介绍，所属领域的技术人员应当知道在不脱离本发明的权利要求限定的范围和精神实质的情况下可以在形式和细节上进行改进。即尽管本发明已经通过实施例的方式进行说明，尽管对实施例进行了非常详细的介绍，但本发明人并不打算将附带权利要求限制于，或以某种方式限制在，这些细节。对于所属领域的技术人员很容易得到其他的优点和改进，因此本发明的更广范围不限于特定的细节，代表性的装置和方法，和显示的和介绍的说明性示例。因此，脱离这些细节并不是脱离本发明人的总体创造性思想的范围和实质。
权利要求
1.一种电极组件，包括负电极，通过缠绕的第一叠层结构形成，所述第一叠层结构包括负电极起始部分、负电极涂层部分和负电极活性材料，所述负电极起始部分和所述负电极涂层部分包括第一电流集电器，所述负电极起始部分具有从所述负电极起始部分延伸的负电极片，所述负电极涂层部分从所述负电极起始部分开始延伸，所述负电极起始部分的第一电流集电器未涂复所述负电极活性材料，所述负电极涂层部分的第一电流集电器的至少一个平面涂复了所述负电极活性材料；正电极，通过缠绕的第二叠层结构形成，所述第二叠层结构包括正电极起始部分、正电极涂层部分和正电极活性材料，所述正电极起始部分和所述正电极涂层部分包括第二电流集电器，所述正电极起始部分具有从所述正电极起始部分延伸的正电极片，所述正电极涂层部分从所述正电极起始部分开始延伸，所述正电极起始部分的所述第二电流集电器未涂复所述正电极活性材料，所述正电极涂层部分的所述第二电流集电器的至少一个表面涂复了正电极活性材料，所述正电极片与所述负电极片间隔开预定距离；和隔板，设置在所述正和负电极之间，用于提供电绝缘。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述负电极涂层部分从和所述正电极片及所述负电极片中至少一个不对准的部分开始。
3.根据权利要求2所述的电极组件，其特征在于，所述正电极涂层部分终止于和所述正电极片及所述负电极片中至少一个不对准的部分。
4.根据权利要求3所述的电极组件，其特征在于，所述负电极涂层部分终止于和所述正电极片及所述负电极片中至少一个不对准的部分。
5.根据权利要求1所述的电极组件，其特征在于，所述正电极涂层部分终止于和所述正电极片及所述负电极片其中至少一个不对准的部分。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其特征在于，所述负电极涂层部分终止于和所述正电极片及所述负电极片中至少一个不对准的部分。
7.一种锂离子电池，包括电极组件，所述电极组件包括负电极，其通过缠绕的第一叠层结构形成，所述第一叠层结构包括负电极起始部分、负电极涂层部分和负电极活性材料，所述负电极起始部分和所述负电极涂层部分包括第一电流集电器，所述负电极起始部分具有从所述负电极起始部分延伸的负电极片，负电极涂层部分从所述负电极起始部分开始延伸，所述负电极起始部分的第一电流集电器未涂复所述负电极活性材料，所述负电极涂复部分的第一电流集电器的至少一个表面涂复了所述负电极活性材料；正电极，其通过缠绕的第二叠层结构形成，所述第二叠层结构包括正电极起始部分、正电极涂层部分和正电极活性材料，所述正电极起始部分和所述正电极涂层部分包括第二电流集电器，所述正电极起始部分具有从所述正电极起始部分延伸的正电极片，所述正电极涂层部分从所述正电极起始部分开始延伸，所述正电极起始部分的第二电流集电器未涂复所述正电极活性材料，所述正电极涂层部分的第二电流集电器的至少一个表面涂复了所述正电极活性材料，所述正电极片与所述负电极片间隔开预定的距离；隔板，设置在所述正负电极之间，用于提供电绝缘；容纳所述电极组件的壳体；和所述壳体内的电解液。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述壳体为盒体。
9.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述壳体还包括容纳所述电极组件的盒体；和顶板组件，可密封所述盒体和提供所述电极组件内部与所述电极组件外部之间的电连接。
10.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述负电极涂层部分开始于和所述正电极片及所述负电极片中至少一个不对准的部分。
11.根据权利要求10所述的锂离子电池，其特征在于，所述正电极涂层部分终止于和所述正电极片及所述负电极片中至少一个不对准的部分。
12.根据权利要求11所述的锂离子电池，其特征在于，所述负电极涂层部分终止于和所述正电极片及所述负电极片中至少一个不对准的部分。
13.根据权利要求7所述的锂离子电池，其特征在于，所述正电极涂层部分终止于和所述正电极片及所述负电极片中至少一个不对准的部分。
14.根据权利要求13所述的锂离子电池，其特征在于，所述负电极涂层部分终止于和所述正电极片及所述负电极片中至少一个不对准的部分。
全文摘要
提供了一种带改进的电极活性材料涂层的电极组件，可防止重复充放电循环后形状变形或厚度增加，和具有该电极组件的锂离子电池。电极组件包括负电极，其通过缠绕的叠层结构形成，具有电流集电器构成的负电极起始部分，负电极片在负电极上端从集电器延伸，负电极涂层部分从负电极起始部分延伸，负电极活性材料涂覆在集电器至少一个平面；正电极，其通过缠绕的叠层结构形成，具有电流集电器构成的正电极起始部分，与负电极片间隔预定距离的正电极片在正电极上端从集电器延伸，正电极涂层部分从正电极起始部分延伸，正电极活性材料涂覆在集电器至少一个平面上，正电极涂层部分与负电极间隔开预定距离；和设置在正负电极之间提供电绝缘的隔板。
文档编号G08B25/01GK1479394SQ0317871
公开日2004年3月3日 申请日期2003年7月14日 优先权日2002年2月19日
发明者李亨馥 申请人:三星Sdi株式会社