专利名称：圆柱型锂二次电池及其制造方法
技术领域：
本发明涉及二次电池，特别是，圆柱型锂二次电池及其制造方法。
背景技术：
近来，紧凑和体轻的电子设备，如蜂窝式电话、膝上型电脑和便携式数字摄像机，得到了广泛发展和生产。这些便携式电子装置典型地提供有电池组，以便可以在任何地方操作该设备。该电池组至少具有一个电池，以在预定的时间周期内驱动该便携式电子设备。
可充电二次电池的生产通常要考虑成本效益。例如，在本技术领域中可以利用镍镉电池、镍氢电池、锂电池和锂离子电池这样的可充电二次电池。
锂二次电池每单位重量具有高的能量密度和3.6V的操作电压，为镍镉电池和镍氢电池的三倍。因此，锂二次电池在本技术领域中得以越来越多的利用。
在锂二次电池中，锂-基氧化物用作正电极活性材料，而碳-基材料用作负电极活性材料。一般而言，根据其中采用的电解质，锂二次电池可分为液体电解质电池和聚合物电解质电池。用液体电解质的电池称为锂离子电池，而用聚合物电解质的电池称为锂聚合物电池。另外，锂二次电池制造成各种形状，如圆柱型、方型、袋型和类似的形状。
典型地，圆柱型锂二次电池包括电极组件，其通过卷起正电极板、负电极板、和隔离物而形成，其中，正电极抽头连接到该正电极板上，负电极抽头连接到该负电极板上，该隔离物设置在该正电极板和负电极板之间，以防止短路并且只允许锂离子移动。另外，可以提供圆柱型外壳以容放电极组件，并且注入电解质到该圆柱型外壳中以允许锂离子移动。
圆柱型锂二次电池可以形成如下。第一，堆叠并且卷起正电极抽头连接其上的该正电极板、负电极抽头连接其上的该负电极板和隔离物，以提供圆柱型电极组件。在这种情况下，在卷绕的起始位置设置该正电极抽头，并且该正和负电极抽头为板形。
随后，该电极组件插入锂二次电池的圆柱型外壳中，以便该电极组件不分离。然后，注入电解质至该圆柱型外壳中，并且密封该外壳，从而完成该锂二次电池的装配。
然而，在传统的圆柱型锂二次电池中，由于在卷绕起始位置设置该正电极抽头，卷成的电极组件的形状偏离了圆柱型形状。更具体地讲，该电极组件可以装配成椭圆形，而不是圆柱型，妨碍或阻止了该电极组件插入该圆柱型外壳中。
同样，当插入电极组件至圆柱型外壳中时，由于圆柱型形状的几何偏离而形成在该电极组件上的突起可以在该圆柱型外壳上或该电极组件上造成刮痕，导致潜在的电池缺陷。
发明内容
本发明提供了具有圆柱型电极组件的圆柱型锂二次电池及其制造方法。
根据本发明的实施例，圆柱型锂二次电池包括电极组件，其通过堆叠第一电极板、第二电极板和设置在该第一电极板和第二电极板之间的隔离物，并且卷绕它们而形成，其中，第一电极抽头连接到该第一电极板上，第二电极抽头连接到该第二电极板上，该第一电极抽头和第二电极抽头至少一个具有预定曲率的截面；外壳，其具有容放该电极组件的空间；和盖组件，其与该外壳的上部组装，以密封该外壳。
连接到卷绕起始位置的该第一和第二电极抽头其中之一可以具有预定的曲率半径。
该第一和第二电极抽头可以具有不同的曲率半径，并且连接到卷绕末端位置的该第一和第二电极抽头之一的曲率半径可以大于连接到卷绕起始位置的该另一电极抽头的曲率半径。
连接到卷绕起始位置的该第一和第二电极抽头之一的曲率半径可以在0.5-2.5mm范围内，而连接到卷绕末端位置的该另一电极抽头的曲率半径可以在8.0-20.0mm范围内。
根据本发明的另一个实施例，提供了圆柱型锂二次电池的制造方法，其包括步骤如下准备第一电极板、第二电极板和设置在该第一电极板和第二电极板之间的隔离物，其中，第一电极抽头连接到该第一电极板上，第二电极抽头连接到该第二电极板上；利用第一和第二电极抽头之一作为卷绕起始位置，形成电极组件；和插入该电极组件至该圆柱型外壳中，其中该第一电极板、该第二电极板和该隔离物的准备工作，包括允许该第一和第二电极抽头中的至少一个设置在卷绕起始位置具有预定的曲率半径的步骤。
允许该第一和第二电极抽头中的至少一个设置在卷绕起始位置具有预定的曲率半径的步骤包括连接具有板形的电极抽头到电极板上；通过用棒锻造或者滚轧电极抽头，提供其预定的弯曲半径。
为具有中心轴的圆柱型锂二次电池提供基本上为圆柱型的果冻卷卷绕结构电极组件的方法包括堆叠第一电极板、隔离物和第二电极板，成为待卷绕电极组件。提供第一电极抽头和第二电极抽头，该第一电极抽头具有对应于绕该中心轴的预定的第一轴向半径的曲率半径，该第二电极抽头具有对应于绕该中心轴的预定的第二轴向半径的曲率半径，该第二轴向半径大于该第一轴向半径。该第一电极抽头设置在该待卷绕电极组件的该第一电极板的卷绕起始位置，该第二电极抽头设置在该待卷绕电极组件的该第二电极板的卷绕末端位置。该待卷绕电极组件绕该中心轴卷起，成为果冻卷卷绕结构的卷绕电极组件。
图1A为根据本发明实施例的圆柱型锂二次电池的透视图；图1B为沿图1A中A-A线剖取的截面图；图1C为沿图1A中B-B线剖取的截面图；图2为描述根据本发明实施例的圆柱型锂二次电池的制造方法的流程图；和图3A、3B、3C、3D和3E图解了根据本发明实施例的圆柱型锂二次电池的制造顺序。
具体实施例方式
参照图1A至1C，根据本发明实施例的圆柱型锂二次电池100包括电极组件200，其在充电/放电过程中产生电压差；圆柱型外壳300，用于容放电极200；盖组件400，与该圆柱型外壳300组装，以防止该电极组件200分离；电解质500，注入该圆柱型外壳300中，以使该锂离子在该电极组件200中移动。
该电极组件200包括第一电极板210、第二电极板220和设置在该第一和第二电极板210、220之间的隔离物230。另外，该第一和第二电极板210、220和该隔离物230绕成圆形横截面形状，然后容放在该圆柱型外壳300中。在这种情况下，该第一和第二电极板210、220构造成具有电极电荷集电器(未示出)、形成在该电极电荷集电器上的活性材料层213、223和突出预定长度并且连接到非涂层部分211a、221a上的第一和第二电极抽头215、225，其中该非涂层部分为非活性材料层。在一个示范性实施例中，该第一和第二电极抽头215、225分别连接到该第一和第二电极板上，以使设置在该堆叠的卷绕起始部分上的该电极抽头215、225具有预定曲率半径的截面。更具体地讲，设置在该堆叠的卷绕末端部分的该第二电极抽头225的曲率半径可以大于设置在该堆叠顶部的该第一电极抽头215的曲率半径。例如该第一电极抽头215的曲率半径可以在0.5-2.5mm之间，而该第二电极抽头225的曲率半径可以在8.0-20.0mm之间。
此外，上和下绝缘板241、245(图1B)分别连接到该电极组件200的上和下部，以防止该盖组件400和该圆柱型外壳300之间的直接接触。
该圆柱型外壳300具有圆柱型侧面310，该圆柱型侧面310具有预定的曲率半径和用于连接电极组件200的预定空间。用于密封该圆柱型侧面310的该下空间的下表面320形成在该圆柱型310的该下部上。该圆柱型侧面310的上部打开以允许该电极组件200插入。该第一和第二电极抽头215、225之一连接到该圆柱型外壳300的底面的中心，以使该圆柱型外壳本身起电极(如，负电极)的作用，具有与第二电极板220同样的极性。另外，该圆柱型外壳300由选自铝、铁、或其合金组成的组中的材料形成。此外，该圆柱型外壳300具有朝向该外壳300中心的卷曲部分330，以给位于该圆柱型外壳300顶部的该盖组件400施加向下的压力。半圆形嵌条部分340向该外壳300的内部突出，以给该盖组件400施加向上的压力。
该盖组件400包括导电安全通孔410，其焊接到该第一电极抽头215上，并且当该电池过量充电或过热时变形；印刷电路板(PCB)420，其机电连接到该导电安全通孔410的上部，并且当该安全通孔410变形时切断；热敏电阻器430，其机电连接到该印刷电路板420的上部，用于在该电池加热超过预定温度时切断该电路；导电电极盖440，机电连接到该热敏电阻器430的上部，可以给其施加额外电流；绝缘垫片450，其包围该安全通孔410、该印刷电路板420、该热敏电阻器430和该电极盖440，以使它们和该圆柱外壳300绝缘。
该电解质500起介质的作用，用于传递通过在该电池正和负电极中的电化学反应产生的离子。该电解质500可以为包括锂盐和高纯度有机溶剂化合物的无水有机电解质。另外，该电解质500可以包括用聚合电解质的聚合物。要注意的是，本发明不限于前述类型的电解质。
图2为描述根据本发明实施例的圆柱型锂二次电池的制造方法的流程图。参照图2，根据本发明实施例的圆柱型锂二次电池的制造方法包括准备具有不同曲率半径的第一和第二电极抽头分别连接其上的第一和第二电极板以及隔离物(S1)。然后，在堆叠中用第一电极抽头作为卷绕起始位置，形成电极组件(S2)。该电极组件插入该圆柱型外壳中(S3)；并且电解质注入该外壳中(S4)。最后，组装该盖组件和该外壳(S5)。
图3A-3E图解了根据本发明实施例的圆柱型锂二次电池的制造方法，现在还将根据图2对其进行详细描述。
首先，在步骤S1中，如图3A所示，准备该第一和第二电极210、220和隔离物230。
在这种情况下，该第一和第二电极板210和220构造成包括电极电荷集电器211和221、各自的活性材料层213和223以及连接到各自的非涂层部分211a和221a上的第一和第二电极抽头215和225。
另外，分别连接到该第一和第二电极板210和220上的该第一和第二电极抽头215和225可以具有不同的曲率半径。例如，设置在该堆叠卷绕末端部分的该第二电极抽头225的曲率半径可以大于设置在该堆叠顶部的该第一电极抽头215的曲率半径。更具体地讲，该第一电极抽头215的曲率半径可以在0.5-2.5mm之间，而该第二电极抽头225的曲率半径可以在8.0-20.0mm之间。该第一和第二电极抽头215和225形成为具有不同的曲率半径，以防止当装配该电极组件200时，通过卷绕该第一和第二电极抽头215和225形成椭圆形形状。当然，分别连接到该第一和第二电极抽头215和225上的非涂层部分211a和221a也可以具有对应于该第一和第二电极抽头215和225的不同的曲率半径。
该第一和第二电极抽头215和225的曲率半径，可以在平板电极抽头连接到该第一和第二电极板210和220上后，通过利用棒条锻造或滚扎而形成。然而，本发明不局限于在此所公开的方法来形成第一和第二电极抽头215、225的曲率半径。
如图3B所示，在利用第一电极抽头作为其卷绕起始位置形成电极组件的步骤S2中，堆叠该第一电极板210、该隔离物230和该第二电极板220，并且沿绕轴600卷绕。连接有该第一电极抽头215并且具有预定曲率半径的该第一电极板210的一部分用作卷绕起始位置，从而完成该电极组件200的装配。
如图3C所示，在步骤S3中，该电极组件200插入该圆柱型外壳中，并且该绕轴600从该电极组件200中移除。该绕轴600可以在该电极组件插入之前分离，并且本发明不限制移除该绕轴600的时间。另外，下绝缘板(未示出)可以提供在该绝缘外壳300中。
该绕轴600可以在该电极组件200中起中心销钉的作用，以防止该电极组件200的松散和由于外部压力引起的该电极组件200的变形。
如图3D所示，在步骤S4中，该电解质500注入，直到该注入电解质的水平达到该电极组件200的上端。该电解质500用作在该电池充电/放电过程中，允许在该电极组件200中的锂离子在该第一和第二电极板210和220之间移动。
如图3E所示，在步骤S5中，上述盖组件400与盖圆柱型外壳组装，以使电解质密封在该外壳中，从而完成该圆柱型锂二次电池100的装配。
更具体地讲，具有环形的绝缘垫片与该圆柱型外壳300的上部组装。然后，绝缘安全通孔410电连接到第一或第二电极抽头215和225上。印刷电路板420、热敏电阻430和该电极盖440顺序组装在该圆柱型外壳300的内部。
随后，向该外壳300的内部突出的半圆形嵌条部分340，通过向内压该圆柱型外壳300对应于该绝缘垫片450的下端而形成。卷曲部分330通过卷曲该圆柱型外壳300的顶端而形成，以便该盖组件400安全密封。
如上所述，根据本发明实施例，可以提供圆柱型锂二次电池100，其中，形成该第一和第二电极抽头215和225形成为具有不同的曲率，以便该电极组件200的总体上圆形截面可以得到保持，并且插入该电极组件到该圆柱型外壳300中的工艺可以更简单。因此，可以减少瑕疵电极组件200的数量。
尽管参照示范性实施例对本发明进行了具体的展示和描述，本领域的普通技术人员会理解的是，可以对其进行形式和细节上的各种变化，而不脱离如所附权利要求中所限定的本发明的精神和范围。
权利要求
1.一种圆柱型锂二次电池，包括电极组件，包括具有第一电极抽头的第一电极板、具有第二电极抽头的第二电极板和设置在该第一电极板和第二电极板之间的隔离物，该第一电极板、该第二电极板和该隔离物卷绕起来；外壳，用于容放该电极组件；和盖组件，用于密封该外壳；其中，该第一电极抽头和该第二电极抽头中的至少一个具有预定曲率半径的截面。
2.如权利要求1所述的圆柱型锂二次电池，其中，该第一电极抽头和该第二电极抽头之一在卷绕起始位置具有预定的曲率半径。
3.如权利要求1所述的圆柱型锂二次电池，其中，在卷绕末端位置的该第二电极抽头的曲率半径大于在卷绕起始位置的该第一电极抽头的曲率半径。
4.如权利要求1所述的圆柱型锂二次电池，其中，该第一电极抽头的曲率半径在0.5-2.5mm之间，并且该第二电极抽头的曲率半径在8.0-20.0mm之间。
5.一种圆柱型锂二次电池的制造方法，包括连接第一电极抽头到第一电极板上；连接第二电极抽头到第二电极板上；设置隔离物在该第一电极板和第二电极板之间；利用该第一电极抽头作为卷绕起始位置，卷绕该第一电极板、该第二电极板和该隔离物，成为电极组件；并且插入该电极组件至圆柱型外壳中；其中，该第二电极抽头的曲率半径大于该第一电极抽头的曲率半径。
6.如权利要求5所述的方法，其中该第一电极抽头的该曲率和该第二电极抽头的该曲率通过利用棒条锻造或滚扎该电极抽头而得到。
7.一种为具有中心轴的圆柱型锂二次电池提供基本上圆柱型的果冻卷卷绕结构的电极组件的方法，包括堆叠第一电极板、隔离物和第二电极板，成为待卷绕电极组件；提供第一电极抽头，其具有对应于绕该中心轴的预定的第一轴向半径的曲率半径；提供第二电极抽头，其具有对应于绕该中心轴的预定的第二轴向半径的曲率半径，该第二轴向半径大于该第一轴向半径；设置该第一电极抽头在该待卷绕电极组件的该第一电极板的卷绕起始位置上；设置该第二电极抽头在该待卷绕电极组件的该第二电极板的卷绕末端位置上；和绕该中心轴卷绕该待卷绕电极组件，成为果冻卷卷绕结构的卷绕电极组件。
全文摘要
一种圆柱型锂二次电池包括电极组件，其通过堆叠形成有第一电极抽头的第一电极板、具有第二电极抽头的第二电极板和设置在第一电极板和第二电极板之间的隔离物。第一电极板、第二电极板和隔离物卷绕起来，以形成电极组件。该二次电池还包括用于容放电极组件的外壳，和与外壳的上部组装以密封外壳的盖组件。第二电极抽头的曲率半径大于第一电极抽头的曲率半径。
文档编号H01M10/38GK1870345SQ20061007488
公开日2006年11月29日 申请日期2006年4月25日 优先权日2005年4月25日
发明者全官植 申请人:三星Sdi株式会社