专利名称：：电极组件和具有该电极组件的二次电池的制作方法
技术领域：
：本发明涉及电极组件和具有该电极组件的二次电池，而且更具体地涉及一种层叠有陶瓷层的电极组件和一种具有该电极组件的二次电池。
背景技术：
：通常，二次电池在充电后可以重复使用，这种特性不同于原电池。二次电池作为用于通讯、信息处理和音频/一见频的移动i殳备的主电源。二次电池近来成为关注焦点并快速发展，其原因在于二次电池具有高能量密度、高输出电压、低自放电率和长工作寿命，并且超轻量，对环境友好。二次电池基于电极活性材料分为Ni-MH电池、锂离子电池等。特别地，锂离子电池可基于电解液的类型分类，例如基于是否使用液态电解液、或使用固态电解液或凝胶型电解液。而且，基于容纳电极组件的罐的形状，二次电池分为各种类型，例如，罐型，袋型等。由于锂离子电池具有的单位重量的能量密度大大优于原电池，因此，使用锂离子电池有可能实现超轻量电池。而且，锂离子电池的单位电池的平均电压为3.6V,其相当于诸如Ni-Cd电池或Ni-MH电池之类的其他二次电池的平均电压的三倍。进一步地，由于锂离子电池的自放电率在20EC下大约小于每月5%，约为Ni-Cd电池或Ni-MH电池的1/3,而且锂离子电池不4吏用诸如Cd或Hg的重金属，因而对环境友好，而且锂离子电池可在通常情况下充电和放电超过1000次。这样，由于这些优点，二次电池的普及快速增长，并且近来在信息
技术领域：
已经取得进展。在传统二次电池中，电极组件包括正极板、负极板和隔板，并容纳在由铝或铝合金形成的罐中。盖组件安装在罐的顶部开口处，而且罐中充以电解液并被密封，从而完成棵电池。如果罐如上所述地由铝或铝合金形成，则该二次电池的优点在于，由于铝的重量轻，因而二次电池可变得较轻，而且该二次电池即使长期再高电压环境下使用也可不被腐蚀。为了完成电池组，密封的棵电池插入硬包装中，并与安全装置和其他电池附件连接，或使用热熔树脂密封，其中安全装置例如为正温度系数(PTC)装置、热熔丝和保护电路模块(PCM)。同时，由烯烃基膜形成的电极组件的隔板防止两个电极短路，并防止电池受热。不过，当电池温度由于外部传热等而突然升高时，虽然隔板上的微小的通孔关闭，但电池温度持续升高预定时间，从而使隔板受损。进一步地，如果电池具有高容量且具有高密度涂覆部分，从而具有高密度电极板，则电解液不会渗透到电极板中，使得电池的电解液注入速度变慢或电池可能不具有足够电解液。进一步地，如果由于电池的高容量而使得短时间内在二次电池中形成大量电流，则即使隔板的通孔关闭，电流切断也不会降低电池温度。相反，隔板由于已经产生的热量而继续熔化，使隔板可能受损，从而增加了内部短路的可能性。因此，由于即使在高温下也需要防止在电极之间的内部短路，隔板由具有多孔膜的陶瓷层形成，陶瓷层由陶瓷柱颗粒结合热稳定结合剂而制成。也就是说，陶瓷层更有效地防止内部短路，从而提高了电池安全性，正如前面所述，而且由于陶资层在电极板上形成为涂层，因而其即使在内部短路时也不会收缩或熔化。进一步地，电池由于使用具有高孔隙率的陶瓷粉末而具有令人满意的高充电/放电特性，并且由于陶瓷粉末快速吸收电解液而增加了电解液注入速度。如图8中所示，常规的涂覆陶乾层的电极组件包括正极板12、负极板22和陶瓷层30，陶瓷层30形成在正极板或负极板上，以防止正极板与负极板短路，并仅允许锂离子在正、负极板间移动。正极板12包括正极集电体10和形成在正极集电体10的确定区域上的正极涂覆部分11。负极板22包括负极集电体20和形成在负极集电体20的确定区域上的负极涂覆部分21。正极板12、负极板22和陶资层30被层叠。陶瓷层30均匀形成在相互面对的正极板12或负极板22的电极集电体上且形成在电极涂覆部分上。因此，当现有技术通过将陶瓷层30层叠在电极板上而提高电池稳定性时，陶瓷层30层叠在除了电极板前、后侧的未涂覆部分以外的整个表面上，从而由于材料成本上升和难以质量控制而导致生产率下降。
发明内容因此，本发明的目的在于提供一种电极组件和具有该电极组件的二次电池，其能够更方便地提高电池稳定性并通过降低材料成本而提高生产率。根据本发明的一个方面，提供一种电极组件，其包括第一电极板，其具有第一电极集电体和形成在所述第一电极集电体上的第一电极涂覆部分；第二电极板，其具有第二电极集电体和形成在所述第二电极集电体上的第二电极涂覆部分；薄膜隔板，其介于所述第一电极板与所述第二电极板之间，防止在所述第一电极板与所述第二电极板之间的短路；和陶瓷层，其设置在所述第一电极集电体与所述薄膜隔板之间和/或设置在所述第二电极涂覆部分与所述薄膜隔氺反之间。优选地，所述陶瓷层可在与所述薄膜隔板接触的所述第一电极集电体的一侧部分上层叠形成。优选地，所述陶乾层可进一步在所述第一电极集电体的另一侧部分上形成，该另一侧部分与第一电4及集电体的所述一侧部分相背对。优选地，所述陶资层的长度可小于所述第一电极板的长度的三分之二。优选地，所述陶资层可在与所述薄膜隔板接触的所述第二电极涂覆部分的一侧部分上形成。优选地，所述陶资层可进一步在所述第二电极涂覆部分的另一侧部分上形成，该另一侧部分与第二电极涂敷部分的所述一侧部分相背对。优选地，所述陶瓷层的长度可小于所述第二电极板的长度的三分之二。优选地，所述陶瓷层可在与所述第一电极集电体接触的所述薄膜隔板的部分上形成。优选地，所述陶瓷层可在与所述第二电极涂覆部分接触的所述薄膜隔板的部分上形成。优选地，所述陶瓷层可在面对所述第一电极集电体的所述薄膜隔板的表面上形成，并在面对所述第二电极涂覆部分的所述薄膜隔板的另一表面上形成。根据本发明的另一方面，提供一种二次电池，其包括电极组件；用于容纳所述电极组件且具有开放顶部的罐；和用于密封所述罐的开放顶部的盖组件。所述电极组件包括第一电极板，其具有第一电极集电体和形成在所述第一电极集电体上的第一电极涂覆部分；第二电极板，其具有第二电极集电体和形成在所述第二电极集电体上的第二电极涂覆部分；薄膜隔板，其介于所述第一电极板与所述第二电极板之间，所述薄膜隔板防止在所述第一电极板与所述第二电极板之间的短路；和陶资层，其设置在所述第一电极集电体与所述薄膜隔板之间和/或设置在所述第二电极涂覆部分与所述薄膜隔板之间。通过参照以下结合附图的详细描述，对本发明的更全面的认识以及由此形成的本发明的优点将变得更易于理解且更显而易见，其中相同的附图标记指示相同的或相似的部件，其中图1-7是根据本发明实施方式的电极组件的竖直截面图。图8是现有技术中电极组件的竖直截面图。具体实施例方式在下文中，根据本发明的电极组件的示例性实施方式将参照附图详细描述。本发明示例性实施方式的电极组件包括正极板；负极板；介于正极板与负极板之间的薄膜隔板，用于防止正、负极板之间的短路并允许锂离子在二者间移动；和介于正、负极板之间的陶乾层。正极板、陶资层、隔板和负极板依次层叠以形成叠层，此叠层围绕叠层的边缘巻绕。每一正极板和负极板均包括由金属箔制成的集电体和形成在集电体上的涂覆部分。涂覆部分用活性材料料浆涂覆集电体而形成。在集电体的头、尾部分中存在非涂覆部分。正极板和负极板围绕集电体的头或尾部分之一的边缘巻绕。电极接头安装在集电体的非涂覆部分上。正极板具有集电体，该集电体由例如铝箔等导电性优良的金属片形成，涂覆部分由正极活性材料、导电材料和粘合剂形成。正极活性材料可为氧族化物的化合物。虽然正极活性材料可为诸如LiCo02、LiMn204、LiNi02和LiMn02之类的复合金属氧化物，但本实施方式并不仅限于所描述的材料。负极板具有集电体，该集电体由诸如Cu或Ni箔等导电金属片形成，涂覆部分由负极活性材料、导电材料和粘合剂形成。负极活性材料由碳类材料、Si、Sn、锡的氧化物，复合锡合金、过渡金属氧化物、锂金属氮化物或锂金属氧化物形成。不过，本实施例并不仅限于以上列出的材料。用于正极板和负极板中的粘结剂由溶于NMP(N-曱基-2-p比咯烷酮)溶剂中的丙烯酸酯类粘结剂形成。陶瓷层通过将陶瓷糊状物涂覆在正极板、负极板或薄膜隔板上而形成，其中陶瓷糊状物通过将陶瓷填料与粘结剂和溶剂混合而成。形成陶瓷层的陶瓷填料由以下材料中的至少一种制成氧化铝(A1203)、氧化硅(Si02)、氧化锆(Zr02)和钛的氧化物(BaTi03，Ti02)。陶瓷填料可具有球形形状、哑铃形状、卵形形状或无定形形状。陶瓷填料的颗粒尺寸可为0.1(am至0.7pm。而且，陶瓷层的厚度范围从1至40|am,优选地从1(am至30jim,其孔尺寸的范围从40nm至200nm。通常，用于陶瓷层中的粘结剂为聚合物树脂，其可由丙烯酸酯或曱基丙烯酸酯的聚合物形成，所述聚合物是丙烯酸酯-橡胶类材料或其共聚物，可耐受200EC的加热。进一步地，优选的是在用于形成多孔膜的料浆中使用少量的粘结剂。换句话说，在多孔膜中，陶瓷填料与粘结剂的重量混合比在98:2至85:15的范围内。在此比例范围内，可防止陶资填料被粘结剂完全覆盖。也就是说，如果粘结剂覆盖陶瓷填料，则离子的移动将受到限制，因而防止粘结剂覆盖陶瓷填料。陶瓷层针对内部短路具有高稳定性，这是因为陶瓷粉末和粘结剂分别具有高于500EC和250EC的分解温度。进一步地，陶瓷糊状物由于其作为涂层粘合到电极板或薄膜隔板上，因而不会收缩或熔化。相应地，即使在内部短路的情况下也仅出现小的损坏，而且在陶瓷层中不发生收缩或熔化。因此，短路部分不会扩大。而且，如果电池被过充电，则过充电电流通过产生短路而被消耗，使得电压在5V至6V保持恒定，而且温度保持在低于100EC，从而改进了针对过充电的稳定性。此外，由于陶资粉末具有高孔隙率，因而电解液被快速吸收，从而因电解液的注入速度提高。而且，由于电解液保持性能很好，因而电池使用寿命和电池高率放电性能得以改进。通常，如果由于外部传热等原因，或由于电池的高容量导致在二次电池中在短时段内产生大的电流量，从而使得电池温度突然上升，则薄膜隔板损坏，因此很可能出现内部短路。当在充电电池中存在内部短路时，发生电池着火。表l显示了当电极板的涂覆部分与相对电极板的集电体之间出现内部短路时可能发生的情况。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>当正极板的正极涂覆部分接触负极板的负极涂覆部分或负极集电体时，电阻增加至lkQ或更大，电流减小，使得在电池中没有反应或少量发热。当正极板的正极集电体接触负极板的负极集电体时，电阻为1mQ的量级，相应地，在电池中产生火花但并未着火。而且，当正极板的正极集电体接触负极板的负极涂覆部分时，电阻为1Q的量级，相应地，在电池中可能出现着火。也就是说，当正极集电体接触负极涂覆部分时出现致命的着火。表l中所示结果显示，通过仅在正极集电体的一部分上形成陶瓷层，可以防止出现大电伊u通过的内部#豆3各。参见图1-7，根据本发明实施方式的电极组件包括正极板12,负极板22，介于正极板12与负极板22之间的薄膜隔板40，和陶瓷层30。薄膜隔板40防止在正、负极板12和22之间的短路。正极板12包括正集电体10和正极涂覆部分ll,负极板包括负集电体20和负极涂覆部分21。正、负极板可分别称为第一和第二电极板，反之亦可。换句话说，负才及4反可为第一电极板，而正极板可为第二电极板。陶瓷层30设置在薄膜隔板40与正极集电体IO之间或在薄膜隔板40与负极涂覆部分21之间。正极板12、陶瓷层30、薄膜隔板40和负极板22依次层叠以形成叠层，此叠层围绕叠层的头或尾部分的边缘巻绕。换句话说，所述叠层围绕图1中所示的从纸面指出的x轴巻绕。薄膜隔板40可由聚乙烯PE或聚丙烯PP树脂或普通绝缘带形成。进一步地，薄膜隔板40的宽度宽于正极板和负极板的宽度，从而可防止在电极板之间的短路。在此，宽度定义为沿图1中所示x轴的距离，而长度定义为沿y轴的距离。陶瓷层30可层叠在正极集电体10的一侧部分上，如例示本发明一个实施方式的图l中所示。当没有陶乾层30时，在正极集电体10边缘附近形成的一侧部分可能会接触薄膜隔板40。陶瓷层30形成在正极集电体10的一侧部分与薄膜隔板40之间，并防止正极集电体10与薄膜隔板40接触。陶瓷层30可层叠在负极板的负极涂覆部分21的一侧部分上，如例示本发明另一实施方式的图2中所示。进一步地，陶瓷层30可层叠在与正极集电体10接触的薄膜隔板40的一侧部分上，如例示本发明又一实施方式的图3中所示；而且陶资层30可层叠在与面向正极集电体10的负极板的负极涂覆部分21接触的薄膜隔板40的一侧部分上，如例示本发明又一实施方式的图4中所示。图3和4中所示，薄膜隔板40的一侧部分是指在薄膜隔板边缘附近的部分，但可不包括所述边缘。但陶资层可向所述边缘延伸而包括薄膜隔板40的边缘。在图3中所示结构中，陶资层形成在薄膜隔板40的下表面上，而在图4中所示结构中，陶瓷层形成在薄膜隔板40的上表面上。进一步地，陶乾层30可形成在正极集电体10的一侧表面及其相反表面上，当所述陶瓷层30不存在时，其中一个表面接触薄膜隔板40,另一个表面接触另一个薄膜隔板(未示出)。也就是说，陶瓷层30可形成在正极集电体10的两个表面上，如例示本发明再一实施例的图5中所示。进一步地，陶资层30可形成在负极板的负极涂覆部分21的一侧表面及其相反表面上。也就是说，陶瓷层30形成在负极涂覆部分21的两个表面上，如例示本发明再一实施例的图6中所示。此时，如图1和5中所示，陶瓷层30的长度可以小于正极板的长度的三分之二(2/3);如图2至6中所示，其小于负极板的长度的三分之二(2/3)。在此，长度定义为沿图1中所示y轴的距离。如果陶瓷层30形成在正极集电体10或负极涂覆部分21的两侧部分上，则陶瓷层30的长度是指陶瓷层总长度。换句话说，陶瓷层30的总长度可小于正极板或负极板的长度的三分之二(2/3)。在这种情况下，由于陶瓷层30比正极板或负极板短，因而在两个陶瓷层之间可形成空间，其中每一陶瓷层形成在正极集电体10或负极涂覆部分21的各侧部分之一处。而且，陶瓷层30可形成在与正极集电体10接触的薄膜隔板40的下表面上，并形成在与负极板的负极涂覆部分21接触的薄膜隔板40的上表面上。换句话说，陶瓷层30可层叠在薄膜隔板40的两个表面上，如图7中所示。ii根据本发明实施方式的包括电极组件的二次电池的实施例将被详细描述。根据本发明实施方式的包括电极组件的二次电池包括电极组件，容纳电极组件的罐，和密封所述罐的开放顶部的盖组件。电极组件具有陶乾层，陶瓷层可层叠在正极板的正极集电体和薄膜隔板相接触的两个侧面中的一个侧面上，或层叠在面对正极集电体的负极板的负极涂覆部分和薄膜隔板相接触的两个侧面中的一个侧面上。此时，陶瓷层可层叠在正极集电体10与薄膜隔板40接触的一侧上，或层叠在负极板的负极涂覆部分21面向正极集电体10的一侧上，如图1和2中所示。进一步地，陶覺层可层叠在薄膜隔板40与正极集电体IO接触的一侧上，或层叠在薄膜隔板40与负极板的负极涂覆部分21接触的一侧上，其中所述负极涂4隻部分21面向正才及集电体10,如图3和4中所示。罐和盖组件形成为二次电池的通常的结构。也就是说，罐可大致具有矩形形状，并由铝或铝合金形成。罐通过其开放顶部接纳电极组件，并用作电极组件和电解质的容器。罐自身用作端子。盖组件具有平坦的盖板，盖板的尺寸和形状对应于罐的开放顶部的尺寸和形状。此时，用于电绝缘的管状垫圈安装在穿过盖板中心的电极端子与盖板之间。进一步地，绝缘板设置在盖板下侧，端子板安装在绝缘板下。进一步地，电极端子的下侧与端子板电连接。从正极板伸出的正极接头焊接到盖板下侧，从负极板伸出的负极接头在其具有Z形弯曲部分的情况下焊接到电极端子下侧。电解液注入孔形成在盖板的一侧处，形成塞子以在电解质注入之后密封电解液注入孔。通过将铝或含铝金属的球型基体材料放置并压在电解液注入孔上而形成塞子。用于密封电池的塞子围绕电解液注入孔焊接到盖板上。通过将盖板焊接到邻近罐开口的侧壁处而将盖组件焊接到罐上。在下文中，将描述根据本发明实施方式的电极组件和具有这种电极组件的二次电池的操作。为了制造根据本发明实施方式的电极组件，首先，通过将活性材料的料浆涂覆在电极集电体上而在电极集电体上形成电极涂覆部分。优选的是，电极涂覆部分由溶于NMP(N-曱基-2-吡咯烷酮)溶剂中的丙烯酸酯类粘结剂形成。同时，当电极集电体在其头部和尾部具有未涂覆部分时，通过将正极接头和负极接头分别接到未涂覆部分的一些部分上从而制造正极板和负极板。随后，如图l-4中所示，为了防止电极之间的短路，薄膜隔板40插入正极板与负极板之间，陶瓷层30可层叠在与薄膜隔板40接触的正极集电体10的一侧上、面对正极集电体10的负才及板的负才及涂覆部分21的一侧上、与正极集电体10接触的薄膜隔板40的一侧上、或与面对正极集电体10的负极电极板的负极涂覆部分21接触的薄膜隔板40的一侧上。在常规方式中陶资层形成在正极板和负极板接触的任何一侧上或均一形成在正极板和负极板的每一侧上，与此不同，根据本发明的陶瓷层被层叠在均可？1起致命的电池着火的正极集电体与负极涂覆部分相接触的各侧中的至少一侧上，因此，可以更方便地确保电池稳定性，并由于材料成本降低而相应地提高生产效率。如上所述，根据本发明，陶瓷层被层叠在正极集电体与负极涂覆部分相接触的各侧中的至少一侧上，因而可以更方便地确保电池稳定性并由于材料成本降低而相应地提高生产效率。虽然本发明的示例性实施例已在上文中描述，但本发明并不仅限于此。因此，本领域技术人员应认识到的是，在不背离本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种本发明的修改和变化，本发明的范围和精神由所附权利要求及其等同方案限定。权利要求1、一种电极组件，包括第一电极板，其包括第一电极集电体和形成在所述第一电极集电体上的第一电极涂覆部分；第二电极板，其包括第二电极集电体和形成在所述第二电极集电体上的第二电极涂覆部分；薄膜隔板，其介于所述第一和第二电极板之间，所述薄膜隔板防止所述第一与第二电极板之间短路；和陶瓷层，其设置在所述第一电极集电体与所述薄膜隔板之间和/或设置在所述第二电极涂覆部分与所述薄膜隔板之间。2、根据权利要求1所述的电极组件，其中所述陶瓷层在接触所述薄膜隔板的所述第一电极集电体的一侧部分上形成。3、根据权利要求2所述的电极组件，其中所述陶瓷层在所述第一电极集电体的另一侧部分上形成，该另一侧部分与第一电极集电体的所述一侧部分相背对。4、根据权利要求2或3所述的电极组件，其中所述陶瓷层的长度小于所述第一电极板的长度的三分之二。5、根据权利要求1所述的电极组件，其中所述陶瓷层在接触所述薄膜隔板的所述第二电极涂覆部分的一侧部分上形成。6、根据权利要求5所述的电极组件，其中所述陶瓷层在所述第二电极涂覆部分的另一侧部分上形成，该另一侧部与第二电极涂覆部分的所述一侧部分相背对。7、根据权利要求5或6所述的电极组件，其中所述陶瓷层的长度小于所述第二电极板的长度的三分之二。8、根据权利要求1所述的电极组件，其中所述陶瓷层在接触所述第一电极集电体的所述薄膜隔板的部分上形成。9、根据权利要求1所述的电极组件，其中所述陶瓷层在接触所述第二电极涂覆部分的所述薄膜隔板的部分上形成。10、根据权利要求1所述的电极组件，其中所述陶瓷层在面向所述第一电极集电体的所述薄膜隔板的表面上形成，并在面向所述第二电极涂覆部分的所述薄膜隔板的另一表面上形成。11、一种二次电池，包括权利要求1-10中任意一项所述的电极组件；用于容纳所述电极组件且具有开放顶部的罐；和用于密封所述罐的开放顶部的盖组件。全文摘要本发明公开了一种电极组件以及具有所述电极组件的二次电池。所述电极组件包括正极板、负极板和介于正、负极板之间用于防止短路的薄膜隔板。陶瓷层形成在正极集电体与薄膜隔板之间或负极涂覆部分与薄膜隔板之间。文档编号H01M10/04GK101409339SQ20081013519公开日2009年4月15日申请日期2008年8月15日优先权日2007年10月8日发明者韩元喆申请人:三星Sdi株式会社