专利名称：具有电极抽头设在容器短侧部分的二次电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及二次电池，更具体地，涉及在设于电极组件外周边部分处的电极抽头(tap)与容器(can)之间具有相对位置的二次电池，其中电极组件被形成为胶质卷(jelly roll)，容器容纳该电极组件胶质卷。
背景技术：
通常，通过例如将电极组件放置在由铝或铝合金制成的容器内，向容器内注入电解液，然后密封地将容器封闭起来形成二次电池。在这种二次电池中，电极组件包括正电极板，隔板和负电极板。与容器电隔开的电极接线端设在电池的顶部，以便该电极接线端可以用作电池的正电极或负电极。同时，在电极接线端用作正电极时，容器本身可以用作负电极，或者在电极接线端用作负电极时，容器本身可以用负电极。
密封的电池可以与诸如正温度系数(PTC)元件，热熔丝，保护电路板，举例来说保护电路模块(PCM)等的安全部件一起设置。例如，这些安全部件电连接到电池的正电极和负电极上，以在电池的电压由于温度的增加或者电池的过量充电和放电而快速升高时切断电流，由此避免电池被损害。设有这些安全部件的电池一般放置在包装盒内，形成电池组。
图1是示出电极抽头设在容器长侧部分处的二次电池的部分透视图。容器11的开口端设有开口部分11a，电极组件12通过该开口部分11a设置在容器11内，如图1所示。在正电极板和负电极板与插入其间的隔板一起被堆叠后，电极组件12被卷绕成胶质卷状。分别电连接到正电极板和负电极板其中一个上的电极抽头14和电极抽头13从电极组件12的顶部抽出。电极抽头13可以是负电极抽头，而电极抽头14可以是正电极抽头，或者电极抽头13可以是正电极抽头，而电极抽头14可以是负电极抽头。
容器11基本上是长方体形状，并由金属材料制成，以便容器11能够作为一个接线端。
当耦合到电极组件一半宽度或更多宽度上的电极抽头(正或负电极抽头)被设在电极组件胶质卷的外周边部分时，下面的问题就需要注意。首先，即使在使用电池之前，由于电极组件12和容器11间的紧密设置，在电极抽头14的区域上，容器11和电极组件12一部分间也会施加压力，从而电极组件12的操作性能会恶化。
另外，在电池的使用过程中，电池在体积膨胀与体积收缩间进行循环，这些膨胀和收缩就会使电极抽头14挤压在容器11与相应的电极板(依据电极抽头14是正或负电极抽头，该电极板可以是正电极板，负电极板，或者隔板)之间，由此造成相应的电极板和电极抽头14的形状变形。在电池的使用过程中，随着锂离子集聚在该变形部分或其外周，相应电极板的变形部分由于挤压会变成不反应部分(non-reaction portion)，因此会引起诸如树枝状变形等问题，厚度增加。当这些问题在具有这种多边形部的高容量电池中出现时，它们就是很严重的问题。
发明内容
因此，本发明的一个方面和/或优点就是解决上述和/或其他问题。而且，本发明的其他方面和/或优点是在电极组件已经被卷绕后，避免电极组件的电极板受邻近容器的正电极抽头或负电极抽头的挤压。
本发明另外的方面和/或优点将在下面的描述中部分地得到说明，而且由这些描述可以部分地变得很显而易见，或者可以通过实施本发明而领悟到。
为了实现上述和/或其他的方面和优点，本发明的各种实施方式包括一种二次电池，它包括具有多边形部的容器，所述容器具有开口部分，短侧部分和长侧部分；用堆叠负电极板，隔板和正电极板构造的电极组件，所述电极组件被卷绕成胶质卷状，沿预定方向被挤压，而且被容纳在所述容器内；以及至少一个电极抽头，连接到所述电极组件的相应电极板上，所述电极抽头沿所述容器的所述短侧部分从所述电极组件的外周部分朝所述容器的开口部分伸出。
这种二次电池可以包括连接到所述负电极板并从所述电极组件的中央部分朝所述容器的开口部分伸出的负电极抽头，以及是正电极抽头的一个电极抽头，该电极抽头连接到所述正电极板，并且沿所述容器的短侧部分从所述电极组件的外周边部分朝所述容器的开口部分伸出。
另外，所述一个电极抽头可以设在所述容器的短侧部分处，以使与所述容器短侧部分的宽度相交叠的部分最大。
为了实现上述和/或其他的方面和优点，本发明的各种实施方式还包括一种制作二次电池的方法，它包括将至少一个电极抽头连接到一电极组件的相应负电极板或正电极板上，并将所述一个电极抽头沿所述容器的短侧部分从所述电极组件的外周边部分朝所述容器的开口部分伸出，所述容器具有多边形部，开口部分，短侧部分和长侧部分；将所述负电极板，隔板，和所述正电极板堆叠成电极组件；以及将所述电极组件卷绕成胶质卷状，并将卷绕成的电极组件放置在所述容器内。
该方法还包括将所述一个电极抽头设置在所述容器的短侧部分处，以使与所述容器短侧部分的宽度相交叠的部分最大。
另外，该方法还包括将一负电极抽头连接到所述负电极板，并将该负电极抽头从所述电极组件的中心部分朝所述容器的开口部分伸出；以及将是正电极抽头的所述一个电极抽头连接到所述正电极板，并将所述一个电极抽头沿所述容器的短侧部分从所述电极组件的外周边部分朝所述容器的开口部分伸出。
为了实现上述和/或其他的方面和优点，本发明的各种实施方式还包括一种二次电极的制造方法，用于当系统的电压由于温度的增加或者系统的过量充电和放电而快速升高时至少切断电流，由此避免所述系统被损害，其特征在于包括用本发明各种实施方式中任一种的二次电池来实施所述系统。
结合所附的附图，从各种实施方式的下面描述，本发明的这些和/或其他方面和优点会变得很明白，而且会更容易地得到理解。在附图中图1是示出电极抽头设在容器的长侧部分处的二次电池的部分透视图；图2是示出依照本发明的一种实施方式，电极抽头设在容器的短侧部分处的电极组件的部分透视图。
具体实施例方式
现在，详细地说明本发明的各个实施方式，这些实施例示出在附图中，而且在整个附图中类似的参考数字表示相似的元件。
图2是示出电极抽头设在二次电池其容器的短侧部分处的电极组件的部分透视图。依照本发明各个实施方式具有这种抽头一电极组件耦合结构的二次电池包括至少一个容器11，一容器开口部分11a，一电极组件12，一电极抽头13和相应的电极板，一电极抽头24和相应的电极板，以及其间的隔板。
容器11基本上是长方体形状，由金属材料制成，而且具有短侧部分和长侧部分。容器11本身用作接线端(terminal)。容器11通常由较轻的导电金属，铝或铝合金制成。开口部分11a形成在容器11的一端，电极组件12通过开口部分11a容纳在容器11内。
电极组件12具有胶质卷的形状，这种胶质卷形状通过堆叠其间具有隔板的负电极板和正电极板，并将该负电极板和正电极板卷绕来获得。电极组件12也可以沿特定的方向被挤压。
电极抽头可以通过焊接在或者使其接触例如在电池处于裸电池(cell)状态时用作电极的容器11的壳体来实现它们的电连接，或者可以通过焊接在或使其接触封闭容器11开口部分的盖板来实现它们的电连接。另外，为了电连接的目的，电极抽头可以例如朝外周边部分弯曲或垂直向上地伸展。
负电极板采用带状薄金属板的负电极收集体。在本发明的一种实施方式中，该负电极收集体可以是薄铜板。在负电极收集体的至少一个表面上，形成有涂覆负电极混合物的负电极涂层部，该负电极混合物含有负电极活性材料。通过向作为负电极活性材料的碳填加粘合剂、增塑剂、导电材料等可以形成负电极混合材料。在本发明的一种实施方式中，电极抽头13可以是负电极抽头，具有预定的宽度，并耦合在相应负电极板的一个端侧，而且向外伸出。
在图2中，电极抽头13设在电极组件胶质卷的中央，并且向外伸出，该电极组件胶质卷通过卷绕电极组件而形成。此处，在电极抽头13是负电极抽头的实施例中，电极抽头13通常由镍制成。在电极抽头13设在电极组件胶质卷12内部的情形中，要被卷绕成胶质卷的电极组件胶质卷12的初始部分具有一个未涂覆负电极活性材料的部分，负电极抽头焊接在该部分上。因此，通过利用由电极组件12上未涂覆活性材料的部分所生成的区域，因电极抽头13施加在活性材料上的压力就可以减小。而且，由于电极抽头13连接在盖板的不同部分上，或连接在盖板的中央与容器11绝缘的电接线端上，因此，将电极抽头13设在电极组件胶质卷的中央对于促进诸如焊接到相应电接线端之类的电连接是很有利的。若电极抽头13与设在盖板中央处的电接线端之间的连接距离缩短成直线距离，可以减少与具有不同极性的容器11的内部的不期望的连接(例如当电极抽头13是负电极抽头时，正电极抽头或者盖板)，从而减少内短路。
另一方面，在电极抽头13沿电极组件胶质卷的外侧设置的情形中，电极抽头13耦合在相应的电极板上，以便在容器11内容纳电极组件12时电极抽头13能设在容器11的短侧部分上。容器11短侧部分和电极抽头13的宽度这样设计，即使得电极抽头13的宽度小于容器11短侧部分的宽度。然而，如果容器11的尺寸被减小，即使是在容器11短侧部分的宽度小于电极抽头13的宽度时，则电极抽头13的位置也可以设置得使电极抽头13与容器11短侧部分相重叠的区域最大。
正电极板采用可以是薄金属带状板(举例来说是薄铝板或铝网格(mesh))的正电极收集体。在该正电极收集体至少一个表面的正电极涂层部分上，涂覆有包括正电极活性材料的正电极混合物，其中该正电极混合物是通过向金属锂氧化物填加粘合剂、增塑剂、导电材料等而形成的。相应的正电极抽头例如电极抽头24具有预定的宽度，并且耦合在正电极板的一个端侧上。该正电极抽头通常由铝制成，并通过超生波焊接耦合在正电极板上。同时，该抽头直接焊接在薄铝正电极收集体板上没有正电极混合物的一个部分上。在图2的实施例中，为正电极抽头的电极抽头24可以设在电极组件胶质卷的外周边部分，其中的电极组件胶质卷通过卷绕电极组件而形成。
在本实施例中，电极抽头24可以耦合到正电极板，以便在电极组件12被容纳在容器11内时，电极抽头24可以设在容器11内电极组件12外周边结构的短侧部分处。容器11短侧部分和电极抽头24的宽度这样设计，即使得电极抽头24的宽度小于容器11短侧部分的宽度。然而，随着容器11尺寸的减小，即使是在容器11短侧部分的宽度小于电极抽头24的宽度时，电极抽头24的位置也可以设置得使电极抽头24与容器11短侧部分相交叠的区域最大。举例来说，作为正电极抽头的电极抽头24例如可以从该短侧部分的一端起与容器的短侧部分交叠，或者电极抽头24与容器11短侧部分的交叠可以终止在该短侧部分的另一端处。考虑到分散(dispersion)，电极抽头24的中央部分可以设在容器11该短侧部分的中心处。另一方面，电极抽头24至少宽度的一半优选设在该短侧部分处来获得前面提到的优点。
因而，电极抽头24可以是正电极抽头，沿容器11的短侧设置，并焊接在电极组件12上未涂覆活性材料的外侧部分处，正对容器11，其中的电极组件卷绕在铝带状集流体，即例如是对应的正电极板上。
如上所述，隔板对准在正电极板与负电极板之间。该隔板可以是由聚乙烯，聚丙烯，或者聚乙烯和聚丙烯的共聚物制成。隔板的宽度大于正电极板或负电极板的宽度。
再次，电极组件12包括卷绕成胶质卷状的负电极板，正电极板和隔板，并沿预定的方向挤压，且成形为多边形。粘合带附着在该成形的电极组件12的底部，然后将电极组件放置在容器11内。
如上所述，已经描述了至少在负电极带被设在电极组件的中央处和在正电极带被设在电极组件外周边部分处，以及在负电极带被设在电极组件外周边部分的至少一侧处和在正电极带被设在电极组件外周边部分的另一侧处的各种实施方式。另外，负电极带和正电极带两者都可以彼此相邻地设在同一短侧部分处。
在本实施例中，正电极带可以焊接在容器11的盖板上，或者朝电极组件12的外周边侧弯曲并焊接在容器11上。
因而，依照本发明的各种实施方式，当电极组件容纳在容器内时，正电极抽头可以在电极组件的短侧部分处耦合到电极组件。因为电极组件与容器的长侧部分之间的间距是0.35±0.1，同时电极组件与容器的短侧部分之间的间距是0.5±0.1，所以正电极抽头短侧的设置(placement)就可以避免正电极抽头朝着相应的电极板压缩。也就是说，在本发明的一种实施方式中，通过将正电极抽头设在容器上电极组件与容器之间间距较大的短侧部分处，正电极抽头朝电极组件相应电极板的压力就被很大程度地减少。这样，由于可以避免电极组件上设正电极抽头的相应电极板的变形，因此可以显著地抑制由锂离子抽取而引起的厚度的减小和电池容量的下降。
尽管已经参看其中例举的各种实施方式具体示出和描述了本发明，但是本领域的熟练人员应当理解，只要不脱离由所附权利要求对本发明所限定的精神和范围，可以对其做出各种形式上和细节上的改变。这些例举的各种实施方式应当被认为仅是说明意义上的，而不是起限制目的的。因此，本发明的范围并不由本发明的这些细节描述来限定，而是由所附权利要求来限定，在该范围内的所有变形都应当被认为包括在本发明中。
权利要求
1.一种二次电池，包括具有多边形部的容器，所述容器具有开口部分，短侧部分和长侧部分；用堆叠负电极板，隔板和正电极板构造的电极组件，所述电极组件被卷绕成胶质卷状，沿预定方向被挤压，而且被容纳在所述容器内；以及至少一个电极抽头，连接到所述电极组件的相应电极板上，所述电极抽头沿所述容器的所述短侧部分从所述电极组件的外周部分朝所述容器的开口部分伸出。
2.权利要求1的二次电池，其特征在于设在所述容器的所述短侧部分处的一个电极抽头被设置得使与所述容器短侧部分的宽度相交叠的部分最大。
3.权利要求1的二次电池，其特征在于设在所述容器短侧部分处的一个电极抽头的宽度小于所述容器短侧部分的宽度。
4.权利要求1的二次电池，其特征在于所述电极抽头至少宽度的一半沿所述容器的短侧部分设置。
5.权利要求1的二次电池，其特征在于一负电极抽头连接到所述负电极板，并沿所述短侧部分或者另一短侧部分从所述电极组件的外周边朝所述容器的开口部分伸出，以及所述一个电极抽头是连接到所述正电极板的正电极抽头，该电极抽头沿所述容器的短侧部分从所述电极组件的外周边部分朝所述容器的开口部分伸出。
6.权利要求1的二次电池，其特征在于所述电极组件与所述容器的短侧部分之间的间距大于所述电池组件与所述容器的长侧部分之间的间距。
7.权利要求6的二次电池，其特征在于所述电极组件与所述容器的短侧部分之间的间距是0.5±0.1。
8.权利要求7的二次电池，其特征在于所述电极组件与所述容器的长侧部分之间的间距是0.35±0.1。
9.权利要求1的二次电池，其特征在于一负电极抽头连接到所述负电极板，并从所述电极组件的中央部分朝所述容器的开口部分伸出，以及所述一个电极抽头是连接到所述正电极板的正电极抽头，该电极抽头沿所述容器的短侧部分从所述电极组件的外周边部分朝所述容器的开口部分伸出。
10.权利要求9的二次电池，其特征在于设在所述容器的短侧部分处的正电极抽头向所述容器的开口部分延伸，并被焊接到所述容器的盖板上，或者所述正电极朝所述外周边侧弯曲并被焊接到所述容器上。
11.权利要求9的二次电池，其特征在于设在所述容器的短侧部分处的所述正电极抽头被焊接到所述电极组件上未涂覆活性材料的外侧上，正对所述容器而且所述电极组件被卷绕在带状铝集流体。
12.权利要求9的二次电池，其特征在于设在所述容器的短侧部分处的所述一个电极抽头被设置得使与所述容器短侧部分的宽度相交叠的部分最大。
13.权利要求9的二次电池，其特征在于设在所述容器短侧部分处的所述一个电极抽头的宽度小于所述容器的短侧部分之间的宽度。
14.权利要求13的二次电池，其特征在于设在所述容器的短侧部分的所述一个电极抽头被沿所述容器的短侧部分中心设置。
15.权利要求9的二次电池，其特征在于一负电极板包括涂覆负电极混合物的负电极涂层部分，该负电极混合物含有负电极活性材料。
16.权利要求9的二次电池，其特征在于所述负电极抽头被焊接到所述电极组件未涂覆负电极活性材料的部分上。
17.一种制作二次电池的方法，包括将至少一个电极抽头连接到一电极组件的相应负电极板或正电极板上，并将所述一个电极抽头沿所述容器的短侧部分从所述电极组件的外周边部分朝所述容器的开口部分伸出，所述容器具有多边形部，开口部分，短侧部分和长侧部分；将所述负电极板，隔板，和所述正电极板堆叠成电极组件；以及将所述电极组件卷绕成胶质卷状，并将卷绕成的电极组件放置在所述容器内。
18.权利要求17制作二次电池的方法，还包括将所述一个电极抽头设置在所述容器的短侧部分处，以使与所述容器短侧部分的宽度相交叠的部分最大。
19.权利要求17制作二次电池的方法，还包括将所述一个电极抽头设置得使位于所述容器短侧部分处的所述一个电极抽头的宽度小于所述容器短侧部分的宽度。
20.权利要求19制作二次电池的方法，还包括将所述一个电极抽头设置得使位于所述容器短侧部分处的所述一个电极抽头沿所述容器的短侧部分中心设置。
21.权利要求17制作二次电池的方法，还包括将一负电极抽头连接到所述负电极板，并将该负电极抽头从所述电极组件的中心部分朝所述容器的开口部分伸出；将是正电极抽头的所述一个电极抽头连接到所述正电极板，并将所述一个电极抽头沿所述容器的短侧部分从所述电极组件的外周边部分朝所述容器的开口部分伸出。
22.权利要求21制作二次电池的方法，还包括将所述正电极抽头设在所述容器的短侧部分处来延伸所述容器的开口部分，以及将所述正电极抽头焊接到所述容器的盖板上，或者将所述正电极抽头朝所述容器的外周边侧弯曲并将所述正电极抽头焊接到所述容器上。
23.权利要求21制作二次电池的方法，还包括将所述正电极焊接到所述电极组件上未涂覆活性材料的外侧上，正对所述容器，而且所述电极组件卷绕在带状铝集流体。
24.一种二次电池的制造方法，用于当系统的电压由于温度的增加或者系统的过量充电和放电而快速升高时至少切断电流，由此避免所述系统被损害，其特征在于包括用权利要求1所述的二次电池来实施所述系统。
25.一种二次电池的制造方法，用于当系统的电压由于温度的增加或者系统的过量充电和放电而快速升高时至少切断电流，由此避免所述系统被损害，其特征在于包括用权利要求5所述的二次电池来实施所述系统。
26.一种二次电池的制造方法，用于当系统的电压由于温度的增加或者系统的过量充电和放电而快速升高时至少切断电流，由此避免所述系统被损害，其特征在于包括用权利要求9所述的二次电池来实施所述系统。
27.一种二次电池的制造方法，用于当系统的电压由于温度的增加或者系统的过量充电和放电而快速升高时至少切断电流，由此避免所述系统被损害，其特征在于包括权利要求11所述的二次电池来实施所述系统。
28.一种二次电池的制造方法，用于当系统的电压由于温度的增加或者系统的过量充电和放电而快速升高时切断电流，由此避免所述系统被损害，其特征在于包括用权利要求12所述的二次电池来实施所述系统。
全文摘要
一种二次电池及其制造方法，该二次电池包括具有多边形部的容器，所述容器具有开口部分，短侧部分和长侧部分。该二次电池还包括用堆叠负电极板，隔板和正电极板构造的电极组件，所述电极组件被卷绕成胶质卷状，沿预定方向被挤压，而且被容纳在所述容器内。该二次电池进一步包括至少一个电极抽头，连接到所述电极组件的相应电极板上，所述电极抽头在所述容器的所述短侧部分处从所述电极组件的外周部分朝所述容器的开口部分伸出。
文档编号H01M2/30GK1585156SQ20041005695
公开日2005年2月23日 申请日期2004年8月23日 优先权日2003年8月22日
发明者金俊虎 申请人:三星Sdi株式会社