锂离子可再充电电池的制作方法

专利名称：锂离子可再充电电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂离子二次电池，特别是涉及改进了电解液浸渍特性的锂离 子二次电池。
背景技术：
最近，已经积极地开发和生产出小型的且重量轻的电学和电子设备，例 如移动电话、笔记本电脑和便携式摄像机。在这些便携式电学和电子设备中 设置了电池组，使得这些便携式电学和电子设备可以在没有提供额外电源的 地方使用。所嵌入的电池组包括至少一个能输出恒定电压的电池，以驱动所 述便携式电学和电子设备达到预先确定的时间。
出于经济考虑，可以充电和放电的二次电池最近被用作电池组。所述二 次电池包括镍镉(Ni-Cd)电池，镍氢(Ni-H)电池，锂金属电池和锂离子 电池。
所述Ni-Cd电池和Ni-H电池已经在便携式电子设备上作为电源广泛使 用。然而，锂离子二次电池具有很多超过Ni-Cd电池和Ni-H电池的优点。 锂离子二次电池的操作电压一般为3.6V，高于Ni-Cd电池和Ni-H电池操作
电压的三倍。锂离子二次电池的每单位重量能量密度高。所以，锂离子二次 电池的应用正快速的发展。
在锂离子二次电池中，锂基氧化物用作正电极活性原料，碳原料用作负 电极活性原料。.一般来说，根据电解液的种类，锂离子二次电池分为液体电解液电池和聚合物电解液电池。使用液体电解液的电池称为锂离子电池，而
使用聚合物电解液的电池称为锂聚合物电池。并且，锂离子二次电池被制造 为具有不同的形状，例如圓柱形、多边形以及袋状形。
一般来说，圆柱形锂离子二次电池包括通过圆柱式绕制正电极板、负 电极板和隔离层而制成的电极组件；所述正电极板涂有阳性活性材料，所述 负电极板涂有阴性活性材料，所述隔离层置于正电极板和负电极板之间。所 述隔离层防止正电极板和负电极板直接接触，否则会引起短路，但是锂离子 可以通过隔离层移动。圆柱形锂离子二次电池还包括容纳所述电极组件的圆 柱形容器，注入该圆柱形容器的锂离子可在其中移动的电解液，以及连接到 所述圓柱形容器上端的顶盖组件。
圆柱形锂离子二次电池通过以下方法制造。首先，将正电极板、负电极 板和正负电极之间的隔离层层叠在一起。正电极板用阳性活性原料涂覆，并 且连接到正电极抽头。负电极泉用阴性活性—原料涂覆，并且连接到负电极抽 头。包括正负电极和隔离层的层叠板被圆柱式绕制以制成电极组件。然后， 将所述圆柱形电极组件插入到圓柱形容器中，使得所述电极组件固定在所述 圆柱形容器中。在圆柱形容器中注入电解液，然后用顶盖组件密封圆柱形容 器以完成圓柱形锂离子二次电池的制造。
在将电极组件插入圓柱形容器之前，插入底绝^彖板以隔离电极组件和圓 柱形容器。在将电极组件插入圆柱形容器之后，以及密封圆柱形容器之前， 插入顶绝缘板以隔离电极组件和顶盖组件。
在多边形锂离子二次电池的情况下，插入用于支撑顶盖组件的绝缘容器 和底绝缘板。该绝缘容器隔离电极组件和终端板，并且所述底绝缘板隔离电 极组件和多边形容器。
由于所述绝缘板通常由聚乙烯(PE)或者聚丙烯(PP)构成，所述绝 缘板不具有对电解液的亲合力。所以，由于绝缘板对电解液没有亲合力，电 极组件不能被电解液充分浸渍。在传统的顶绝缘板中，在插入中心引脚的开 口周围在绝缘板上形成孔洞，然而，这些孔洞的尺寸不足以使电解液自由的流向位于顶绝缘板之下的电极组件。开口周围的孔洞可能被电解质阻塞，而 阻止电解液的流动。同样，底绝缘板连接在电极组件上，这样电极组件不能 被容器下部所容纳的电解液充分浸渍。
而且，电极组件的密度同电池的容量成比例增长，从而电极组件的外径 也增长。当电极组件的外径增加时，圆柱形容器与电极组件之间的空间减小，
从而难以用电解液浸渍电极组件。所以，有必要以一种使得电极组件容易祐: 电解液浸渍的方式形成顶绝缘板和底绝纟彖4反。
为了支撑和保护被围绕的电极组件，在电极组件的外周附上密封条组 件。由于所述密封条通常由聚乙烯(PE)或者聚丙烯(PP)制成，因此密 封条对电解液不具有亲合力。在圆柱形锂离子电池(或者多边形锂离子电池) 的情况下，所述容器由诸如铝、钢和合金的金属制成。与密封条不同，容器 的内表面具有对电解液的亲合力。
当电极组件插入圓柱形容器的时候，被密封条围绕的电极组件外周接触 到容器的内表面。所以，由于密封条不具有对电解液的亲合力，阻止了电招^ 组件被电解液浸渍。进一步，由于电池容量增加，电极组件密度增加，这样 容器和密封条的接触度增加。在这种情况下，有必要改变容器内表面的形状， 以使得电极组件被电解液快速浸渍。

发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种锂离子二次电池，在该 电池中，顶绝缘板、容器和底绝缘板由一种容易被电解液浸渍的原料制成， 这样高密度的电极组件可以容易地被电解液浸渍。
本发明的另一个目的在于提供一种锂离子二次电池，在该电池中，底绝 缘板被制造得容易被电解液浸渍，这样高密度的电极组件可以容易地被电解 液浸渍。
本发明的再一个目的在于提供一种锂离子二次电池，在该电池中，在容 器的内表面形成凹进处或粗糙度，这样使容器内表面的面积增加，并且电极
6组件可以容易地被电解液浸渍。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种锂离子二次电池，包括 具有敞开顶端和以及在顶端对面的底端封闭的容器、置于容器中的电极组 件、置于电极组件和容器底端之间的底绝缘板，以及用于密封容器的顶盖組 件。在所述底绝缘板上形成具有一定深度的凹进处。
所述凹进处可以是裂紋图案的形式，可以是放射状图案，或者可以是多
种图案的混合。底绝缘板的原料可以是聚乙烯(PE)或者聚丙烯(PP)。 底绝缘板的表面可以涂覆对电解液具有亲合力的聚偏二氟乙烯(PVdF)原 料。所迷聚偏二氟乙烯(PVdF)原料可以是从由PVdF761、 PVdF2801以及 PVdF 761和PVdF 2801的混合物组成的组中选4奪的一种。
为了达到上述目的，本发明提供了一种锂离子二次电池，包括具有敞开 顶端以及在顶端对面的底端封闭的容器、置于容器中的电极组件、用于密封 容器的开放顶端的顶盖组件、1于—电极组件和容器底端之间的底绝缘板、位 于电极组件和顶盖组件之间的顶绝缘板。在所述顶绝缘板上形成多个孔洞， 在所述底绝缘板上形成具有预定深度的凹进处。
顶绝缘板上的所述孔洞可以釆取网眼的形式。所述顶绝缘板和底绝缘板 可由聚乙烯(PE)或者聚丙烯(PP)或者毡制成。所述顶绝缘板和底绝缘 板涂覆有聚偏二氟乙烯(PVdF)原料。所述聚偏二氟乙烯(PVdF)原料可以是 PVdF 761 、 PVdF 2801或者PVdF 761和PVdF 2801的混合物。
为了达到上述目的，提供了一种锂离子二次电池，包括具有敞开顶端以 及在顶端对面的底端封闭的容器、置于容器中的电极组件、密封容器的敞开 顶端的顶盖组件、包裹电极组件外周的密封条。在容器的内表面形成凹进处， 其中容器的内表面和密封条部分地接触。
所述凹进处包含从容器顶端伸展到容器底端的直线形状。所述密封条被 聚偏二氟乙烯(PVdF)原料涂覆。所述聚偏二氟乙烯(PVdF)原料可以是 PVdF 761 、 PVdF 2801或者PVdF 761和PVdF 2801的混合物。
为了达到上述目的，本发明提供了一种锂离子二次电池，包括具有敞开顶端以及在顶端对面的底端封闭的容器、置于容器中的电极组件、密封容器 敞开顶端的顶盖组件、包裹电极组件外周的密封条。将容器的内表面做得粗
糙。所述密封条被聚偏二氟乙烯(PVdF)原料涂覆。所述聚偏二氟乙烯(PVdF) 原料可以是PVdF 761、 PVdF 2801或者PVdF 761和PVdF 2801的混合物。


结合附图并参考以下详细的描迷，在本发明变得更容易理解的情况下， 本发明的更完整理解以及伴随的诸多优点将是显而易见的，在附图中，相同 的参考符号表示相同或者相似的部件，其中
图1是本发明实施例中锂离子二次电池的透视图2是图1中沿着线条A-A，的截面图3A是本发明实施例中顶绝缘板的平面图3B是图3A中沿着线条B-B，的截面图；一 ---
图4A是本发明实施例中底绝缘板的平面图4B是图4A中沿着线条C-C，的截面图5A是本发明另一实施例中底绝缘板的平面图5B是本发明另一实施例中底绝缘板的平面图5C是本发明另一实施例中底绝缘板的平面图6A是图5B中的底绝缘板沿着线条D-D，的截面图，所迷底绝缘板的 表面有凹进。
图6B是图5B中的底绝缘板沿着线条D-D，的截面图，所述底绝缘板的 表面有凹进；
图7是底绝缘板的截面图，所述底绝缘板涂有对电解液具有亲合力的原
料；
图8是在波紋单元和巻边单元安装之前的图2所示容器形状的截面图； 图9A是沿着图1中的线条E-E，的容器形状的横截面图； 图9B是图9A的另一实施例的横截面图；图9C是图9A的另一实施例的横截面图IOA是图8的另一实施例截面图IOB是图10A的又一实施例的截面图ll是电极组件的透视图，本据本发明的实施例的原理，在该电极组 件上包封了涂有PVdF的密封条；以及
图12是图ll所示的电极组件插入图IOA所述的容器的截面图。
具体实施例方式
以下，结合附图详细描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明实施例制造的锂离子二次电池的透视图。图2为沿着 图1中线条A-A'的截面图。为了方便起见，描述了圆柱形的锂离子二次电 池。然而，本发明可以应用于多边形类型^:离子二次电池或者^f壬何同类的4里 离子二次电池。 —- ----—
参考图1和图2，圆柱形锂离子二次电池100包括电极组件200，容纳. 电极组件200和电解液(未示出)的圓柱形容器300，以及安装在圆柱形容 器300上部的顶盖组件400,该顶盖组件用于密封圆柱形容器300并且向外 部设备提供由电极组件200产生的电流。
参考图2,电极组件200包括正电极板210、负电极板220和隔离层230。 正电极板210包括正电极涂覆部分。所述正电极涂覆部分通过在表面涂覆正 电极活性原料而得到。负电极板220包括负电极涂覆部分。通过在表面涂覆 负电极活性原料来得到所述负电极涂覆部分。隔离层230被置于正电极板 210和负电极板220之间，用以将正电极板210和负电极板220彼此电绝缘。 正电极板210、负电极板220和隔离层230的层巻绕在一起形成月交质巻状 (jelly-roll)的形一大。
虽然没有在图中示出，但是正电极板210可以包括由诸如铝(Al)箔的 具有优异导电性的薄金属板制成的正电极集电极，并且所述正电极集电极的 两个表面都涂有正电极活性原料。可以在正电极板210的两端形成不涂覆正电极活性原料的正电极部分(正电极非涂覆部分) 由铝(Al)制成的正电 极抽头215从电极组件220向上伸出，并且可以连接到正电极非涂覆部分的 一端。
负电极板220可以包括由诸如铜(Cu)或镍(Ni)箔的导电金属薄4反 制成的负电极集电极，并且所述负电极集电极的两个表面都涂有负电极活性 原料。可以在负电极板220的两端形成不涂覆负电极活性原料的负电极部分 (负电极非涂覆部分)。负电极抽头225从电极组件220向下延伸，并且可 以连接到负电极非涂覆部分的一端。
可以分别在电极组件200的顶部和底部进一步提供顶绝缘板241或者底 绝缘板245。顶绝缘板241或者底绝缘板245防止电极组件200与顶盖组件 400和圓柱形容器300连接。
图3A是根据本发明实施例制造的顶绝缘板241的平面图。图3B是沿 着图3A中线条B-B，的截面图。参考图2和图3A，顶绝缘板241位于顶盖 组件400和电极组件200的上部之间(特别是位于安全孔410和电极组件 200的上部之间)。顶绝缘板241防止包括安全孔410的顶盖组件400电连 接到电极组件200。例如，顶绝缚^反241防止正电极抽头215和电4及组件200 形成短路。参考图3A，在顶绝缘板241上形成电解液孔242、正电极抽头 孔243和洞244。电解液孔242为所注入电解液流入电极组件200的路径。 正电极抽头孔243是诸如正电极抽头215这样的电极抽头穿过的路径。洞 244可以连接到中心引线的 一端。
电解液孔洞242可以采取网眼的形式或者与网眼等效的形式。所以，大 量的电解液孔242在顶绝缘板241上形成。当电解液通过电解液孔242注入 电解液时，电池容易地被电解液浸渍。电解液孔洞242可以具有任何尺寸， 只要能够防止电极组件200的上部与安全孔410电接触。应该注意的是，电 解液孔242的数目可以与电解液孔的尺寸成反比。也就是说，当电解液孔 242的尺寸增加时，电解液孔242的数目减少。当电解液孔242的尺寸减小 时，电解液孔242的数目增加。顶绝缘板241可以由溶解性差的原料和易溶解的原料制成。所述溶解性 差的原料包括聚烯烃树脂，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或者聚酰亚 胺(PI)。由于聚乙烯(PE)具有低密度和松散的分子排列，聚乙烯(PE) 容易伸展，并且具有弱抗张强度和强抗沖击性。所以，聚乙烯(PE)容易加 工。同样，由于聚乙烯仅仅由碳氢(CH2)组成，其电绝缘特性优良。由于 聚乙埽(PE)是基于碳(C)链的对称体，如同其结构式所示，因此聚乙烯 (PE)适用于高频绝缘材料。
聚丙烯(PP)具有全同立构结构，并且如同其结构式所示甲基排列在同 一方向。其结晶度在成型之前高而在成型之后降低。聚丙烯(PP)和聚酰亚 胺(PI)的电性能类似于聚乙烯(PE)的电性能。
由于聚乙烯(PE)和非水电解液之间的表面能量差大，聚乙烯(PE) 不容易与电解液分子耦合，并且聚乙烯(PE)溶解性差且对电解液不具有亲 合力。 - —
所述易溶解的原料包括聚合物材料例如聚偏二氟乙烯(下文，用PVdF 表示)或者具有官能原子团例如酯基和羧基的聚合物化合物。易溶解的原料 容易被电解液湿润，并且电解液容易扩散到易溶解的原料中，因此，易溶解 的原料对电解液具有优良的亲合力。所以，当顶绝缘板241由聚乙烯(PE) 或者聚丙烯(PP)制成时，顶绝缘板241的表面优选涂覆PVdF，以改进电 解液的浸渍性能。从电解液浸渍实验中发现，PVdF 761和PVdF 2801是聚 偏二氟乙烯，非水电解液容易扩散进去，并且容易被非水电解液湿润。所以， 绝缘板的涂覆原料优选的是PVdF761、PVdF2801以及PVdF761和PVdF2801 的混合物之一。即使当PVdF涂层的厚度在lnm以内，或者当PVdF被形成 为单层时，也能改变经涂覆表面的特性。
当顶绝缘板由聚乙烯(PE)制成时，为了补偿聚乙烯(PE)对电解液 不具有亲合力这一事实，聚乙烯(PE)可以加工成压缩毡的形式。不通过丝 网般密布在纤维上的工艺得到所述毡，因此毡中的纤维按照 一定方向彼此平 行排列，并且与合成树脂粘合剂结合，这样所述毡能像用于制作尿布或者湿纸巾的原料那样吸收液体。聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)被直接用来加工 成压缩毡，这样就改进了对电解液的吸收，并且电极组件可用包含在顶绝缘 板中的电解液浸渍。
图4A是根据本发明实施例制造的底绝缘板245的平面图。图4B是沿 着图4A的线条C-C，的截面图。参考图2和4A,底绝缘板245位于容器的 底表面板320和电极组件200的下部之间 底绝缘板245防止包括底表面板 320的容器300与电极组件200发生电连接。例如，底绝缘板245防止负电 极抽头225和电极组件200形成短路。参考图4A，形成连接到中心引线一 端的底洞248。
在底绝缘板245上形成具有预定深度的裂紋图案凹进处246。这里，凹 进的深度被定义为底绝缘板245的表面和在底绝缘板245内形成的凹陷底 部之间的高度。如图4B所示，裂紋图案凹进处246可以仅仅在接触到电极 组件200的表面上形成；也可以在底绝缘板245的两个表面上的形成。裂紋 图案凹进处246中的每一个都彼此连接，这样电解液可以通过在底绝缘板 245上形成的裂紋图案246的所有凹进处自由流动。
底绝缘板245固定在电极组件200的下部和容器底板320上。并且，底 绝缘板245可以由对电解液不具有亲合力的聚乙烯(PE)或者聚丙烯(PP) 制成。所以，当底绝缘^反245的表面平坦而没有凹陷时，电解液几乎不流入 底板320和容器的底绝缘板245之间的空间，以及几乎不流入电极组件200 下部和容器的底绝缘板245之间的空间。结果是，电极组件200不能被电解 液良好的浸渍。
然而，当在底绝缘板245的表面形成裂紋图案凹进处246时，电解液流 入凹槽内，这样电解液直接接触到电极组件200的下部。这样，电极组件 200就被电解液良好浸渍。
如上所述，顶绝缘板241、底绝缘板245可以由溶解性差的或易溶解的 原料制成。此时，当底绝缘板245由溶解性差的原料例如聚乙烯(PE)或者 聚丙烯(PP )制成时，低绝缘板245的表面优选涂覆PVdF以改进电解液的浸渍。当底绝缘板表面涂有对电解液有亲合力的聚合物原料时，因为绝缘板 表面具有对电解液的亲合力，使改进电解液的渗入速度和浸渍速度成为可
能。即使PVdF的厚度在1 nm之内并且PVdF被形成为单层，涂有PVdF的 表面的特性还是发生了改变。
同样，当底绝缘板245由聚乙烯(PE)制成时，与如上所述的顶绝缘 板241—样，为了补偿聚乙烯(PE)对电解液不具有亲合力这一事实，聚乙 烯(PE)可以被加工成压缩毡。
参考图2，圆柱形容器300包括圓柱形侧板310,该圓柱形侧板具有预 定的直径，从而在预定的空间中容纳圆柱形电极组件200,以及用于密封圆 柱形侧板310下部的底绝缘板320。圓柱形侧板310的上部可以打开以插入 电极组件200。电极组件200的负电极抽头225连接到圆柱形容器300的底 表面板320的中心，从而圆柱形容器300可起负电极的作用。圓柱形容器 300可以由铝(Al)、钢(Fe)或者这些金属的合金制成。然而，圆柱形容 器300的原料不限于上面所列的原料。进一步，在圆柱形容器300中，在顶 端被形成向内弯曲的巻边单元330用来压紧和固定顶盖组件400的上部。圓 柱容器300可以包括向内凹陷的波紋单元340来压紧顶盖组件400的下部。 波紋单元340位于巻边单元330和侧板310之间，并且围绕顶盖400和顶绝 纟彖板241之间形成的空间。
参考图2,顶盖组件400包括安全孔410、电流截断单元420、第二保 护装置480和顶盖490。在板状安全孔410的中心可以形成向下凹进的凹陷 部分。所以，凹陷部分可以由产生于二次电池内部的压力向上推。 一个电;f及 抽头，例如正电极抽头215,接触到安全孔410的凹陷部分，或者电极板(正 或负电极板)可以直接连接到安全孔410的凹陷部分。例如，正电极板210 可以被焊接到安全孔410底表面的预定位置，这样安全孔410和电极组件 200的正电极板210可以被电连接。在这种情况下，另一个电极才反(例如， 负电极板220)可以直接接触到容器300以与容器300电连接。在图4A和 4B所示的底绝缘板245中，形成通过形成的孔或者凹槽(未示出)以允许
13负电极抽头225穿过底绝缘板245，使负电极抽头225接触到容器300的底 表面板320。
图5A为根据本发明另一实施例制造的底绝缘板的平面图。图5B为根 据本发明另一实施例制造的底绝缘板的平面图。图5C为根据本发明另一实 施例制造的底绝缘板的平面图。
参考图5A，在底绝缘板245a的至少一个表面上形成具有预定深度的方t 射状凹进处250。所述放射状凹进250可以从底绝缘板245a的中心向底绝缘 板245a的最外周线性地展开。在图5A中，放射状凹进处250的数目为8。 但是，这仅仅是一个例子，放射状凹进处250的数目不限于上述数目。这里， 由放射状凹进处形成的图案被定义为放射状图案。
形成的放射状凹进处250必须尽可能深，只要底绝缘板245a不变形或 者损坏。这是因为要通过放射状凹进处250向电极组件200提供电解液。当 电解液注入容器300时，电解液通过电才及组件200的中心和电极组件200的 外周之间的空间、电极组件200的外周和容器300的侧板310之间的空间和 电极板和隔离层之间的空间等流入容器300的下部。如果底绝缘板的表面是 平坦的而没有凹进部分与电极组件下部连接，底绝缘板和电极组件下部之间 电解液流动的空间不够大，所以电极组件不能被包含在容器下部的电解液和 留在容器下部的电解液充分浸渍。
另 一方面，在根据本发明实施例制造的底绝缘板245a中，流向容器300 下部的电解液被保持在底绝缘板245a上形成的放射状凹进处250中。在放 射状凹进处250中包含的电解液由毛细管作用引导到电极组件200的下部， 并充满电极组件的电极板之间的空间以及电极板和隔离层之间的空间。
参考图5B，在安装中心引脚时，可以在本发明另一实施例的底绝缘板 245的中心形成洞255。在这种情况下，所述力丈射状凹进处250可以形成为 从洞255向最外周线性地展开。
图6A是图5B的底绝缘板沿着线条D-D，的截面图。参考图6A，流入 到在底绝缘板245b上形成的放射状凹进处250的电解液，被形成放射状凹进处250两端形成的壁251和252密封。电极组件200被滞留在放射状凹进 处250中的电解液浸渍，从而可以防止电解液流入底绝缘板245b和容器300 下部之间的空间。
参考图5C，在本发明另一实施例的底绝缘板245c中，进一步在底绝缘 4反245c上形成圆形凹进处252，所述圆形凹进处252位于洞255和底绝缚^反 245c的圓周边之间。圓形凹进处252与底绝缘板245c的圆周边是同心的。 圓形凹进处252可以穿过放射状凹处进250，圓形凹进处252和放射状凹进 处250的凹槽都连接在一起。圆形凹进处252防止电解液仅仅留在一些放射 状凹进处250中，这样电解液均匀的分布到整个凹槽中。并且，圆形凹进处 252的平面形状类似于绕制的电极组件的平面形状，这样电极组件可以被电 解液充分浸渍。圆形凹进处252的数目可以是1，如图5C所示。然而，可 以形成多个圓形凹进处252,并且圆形凹进处252的数目不受限制。
参考图6B,可以在底绝缘斧反245b的两个表面上形成》文射状凹进250。 在这种情况下，在底绝缘板245b的表面形成如图6A所示的壁251和252， 接触到电极组件200的下部，这样就可能防止电解液在底绝錄^反245b之下 流动。所以，电解液自由的向电极组件200流动，这样就可能改进电解液的 浸渍。进一步，在两个表面都形成放射状凹进处250，这一结构可以用在如 图5A和图5C所示的底绝缘板245a和245c中。
底绝缘板245a、 245b和245c可以由聚烯烃树脂制成，例如聚乙烯(PE) 和聚丙烯(PP)。由于聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)不具有对电解液的亲 合力，电解液不容易扩散到聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)层的表面中，并 且所述表面不容易被电解液浸湿。
根据本发明又一实施例，为了补偿聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)不具 有对电解液的亲合力这一事实，可以将聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)直接 加工成压縮毡。不通过丝网般密布在纤维上的工艺得到所述毡，因此毡中的 纤维按照一定方向彼此平行排列，并且与合成树脂粘合剂结合，这样所述毡 好像用于制作尿布或者湿纸巾的原料那样吸收液体。聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)被直接用来加工成压缩毡，这样便改进了对电解液的吸收，并且电极 组件可用包含在底绝缘板中的电解液浸渍。
根椐本发明的又一实施例，对电解液不具有亲合力的底绝缘板表面涂覆
对电解液具有亲合力的原料，这样就可能改进电解液的浸渍。参考图7,在 形成放射状凹进处250的底绝缘板表面形成对电解液具有亲合力的涂覆层 256。可以将涂覆层256应用于如图5A到5C、 6A以及6B所示的所有底绝 缘板上。
对电解液具有亲合力的原料为聚偏二氟乙烯(PVdF)。所述PVdF具有 重复的-CH2-CFr结构，并且是在用电极活性原料涂覆集电极时用作粘合剂 的聚合物原料。从电解液浸渍实验结果中可以发现，非水电解液可以容易的 扩散到PVdF 761和PVdF 2801之中，并且PVdF 761和PVdF 2801可以容 易地-故非水电解液浸湿。因此，底绝缘板245a、 245b和245c的涂覆材料优 选的是PVdF 761 、 PVdF 2801及PVdF 761和PVdF 2801的混合物。还发现， 即使PVdF层的厚度在l(im之内并且PVdF层被形成为单层，底绝缘板涂有 PVdF的表面具有如上所述相同的特性。
同时，可以在容器300的内表面形成凹槽350,如图8所示。图8是仅 给出了图2所述容器的截面图，并且给出了在安装巻边和波紋单元之前容器 的形状。将作为锂离子移动路径介质的电解液原料注入插入电极组件200的 容器300中。在电极组件200的外周，如图11所示，附上封条260以支撑 和保护电极组件200。容器300的内表面由对电解液具有良好亲合力的原料 制成，例如铝、铁或者合金，但是密封条260由对电解液亲合力差的原料制 成，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯或其类似物。并且，当被绕制的电极组件 220插入容器300的时候，密封条260和容器300的内表面彼此紧密接触， 这样就没有电解液渗透的空间。由于密封条260不具有对电解液的亲合力， 密封条260导致微弱的毛细管作用，并因此阻止了电解液渗透入密封条260 和容器300内表面之间的空间。
在本发明的另一实施例中，在侧板310上，从容器300的内表面的顶端到底端形成线形凹槽。如图9A、 9B和9C所示，凹槽350、 352和354，可 以具有三角形横截面、四边形横截面或者半圆形横截面。如图9A-9C所示， 所述横截面被定义为从顶部观察时槽的形状。然而，横截面的形状不限于这 些形状，可以使用任何其他的形状来制成电解液渗透槽350、 352和354。 在侧板310上形成凹槽350、 352和354时，容器300的表面积增加，所述 容器表面比密封条260对电解液具有的更好的亲合力，这样电解液容易渗入 密封条260和容器300内表面之间的空间。如同通常意义那样，这里，槽为 切入表面的长而窄的沟或者长而窄的洞空间，并且与表面不平坦和不规则的 形状不同。
如上所述，在容器300的侧板310上形成槽350,所述槽提供改进对电 解液亲合力的优点，但是形成槽350的部分变得不牢固。当电池的电压由于 过充电而增加得超过极限时，或者当电池的内部温度增加得超过极限时，在 电池中电解液会蒸发并且产生气体。所述气体导致安全孔410(如图2所示) 的变形或损坏，这样置于安全孔410之上的电流截断装置(CID) 420就会 -陂破坏或变形。当电流截断装置(CID ) 420损坏或变形时，电流被切断而 停止所述过充电。
这样，即使在电池中产生了气体，侧板310不应该损坏，也不应该变形， 至少直到安全孔410起动之前。根据为了提高电池安全性所进行的实验结 杲，槽350的深度优选设置为低于容器300的侧板310厚度的15% 。如果 槽350的深度小于容器300的侧板310厚度的15% ，在电流截断装置420 由于安全孔410的变形而变形或者损坏并且过充完全停止之前，容器300的 侧板310就变形了。 一般来说，由于圓柱形容器300的厚度为大约250pm， 槽的深度优选在37.5 pm以内，即250 |im的大约15 % 。
而且，根据为了提高电池安全性所进行的实验结果，容器300必须经受 住安全孔410的操作压力3倍以上的压力。如上所述，安全孔410的操作压 力是电池内部产生的气体导致安全孔410变形或者损坏时的压力。 一般来 说，由于安全孔410开始变形时电池的压力为5 kgf/m2到11 kgf/m2，即使在侧板310上形成槽350,容器300也必须经受住至少15kgf/n^的压力。
根据本发明的另一实施例，锂离子二次电池包括电极组件200、附着在 电极组件200外周的密封条260、用于容纳电极组件200的容器300和用于 密封容器300上部开口的顶盖组件400。虽然容器300的内表面一般来说是 光滑的，但是在本实施例中容器300的内表面是粗糙的。这里，容器300的 内表面被定义为容器300面对电极组件200或者密封条260的表面。在容器 300的表面上形成各种形的规则图案、不规则图案或者突起物，使表面变得 粗糙，取代光滑的表面。所以，容器300内表面的面积增加了。
如图IOA所示，可以在容器300的侧板310上形成具有十字交叉的倾 斜线条的柳条线图案360。换句话说，侧板310的表面具有预定的粗糙度。 虽然侧板310的粗糙表面在图10A中以十字交叉的倾斜的柳条线图案350 示出，但这是一个例子，并且侧板310的粗糙表面可以形成各种类型的图案。 此外，如图10B所示，为了让侧板310的表面粗糙，可以形成许多突 起物370。当在侧板310表面形成线形图案或者突起物以使得侧板310的表 面粗糙的时候，容器300对电解液具有良好亲合力的表面积增加，这样附着 在电极组件200外周的密封条260的影响就变得相对弱小。因此，电解液的 渗透速率提高。
图11是电极组件200的透视图，其中密封条260附着在电极组件200 的外周，图12是截面图，给出了图11的电极组件200插入容器的形状，所 述容器包括具有粗糙表面的侧板310。参考图11,彼此面对的正电极板和负 电极板，以及位于正电极板和负电极板之间的隔离层，以圆柱形状绕制，正 电极抽头215和负电极抽头225从电极组件200的上側和下侧伸出。隔离层 的边缘被暴露在电极组件200的外周上，所述边缘被从具有正板和负板的电 极组件200的中心开始绕制。为了防止已绕制的电极组件200松开，密封条 260固定在隔离层的边缘和电极组件200的外周。
如图12所示，将附着有密封条260的电极组件插入到容器中。容器的 侧板310的内表面具有粗糙的表面。这样，即使密封条260与侧板310的内
18表面紧密接触，仍可在密封条260和侧板310之间形成预定的空间。通过这 个空间，注入电解液，电解液由于分子之间的内聚力以及毛细管作用所注入 的电解液渗入容器的下侧。
在这种情况下，为了进一步提高电解液的渗透速率，密封条260的表面 可以涂覆对电解液具有良好亲合力的原料。如上所述，对电解液具有良好亲 合力的原料之一是聚偏二氟乙烯(PVdF)。所述聚偏二氟乙烯(PVdF)具 有-CH2-CF2-链结构，在将电极活性原料涂覆到集电极上时用作粘合剂的聚 合物原料。从电解液浸渍实验结果发现，对非水电解质具有良好的扩散特性 和良好的湿润性的聚偏二氟乙烯(PVdF)之一是PVdF 761或者PVdF2801。 因此，优选使用PVdF 761 、 PVdF 2801或者PVdF 761和PVdF 2801的混合 物作为涂覆密封条260表面的PVdF。
虽然已经展示和说明了本发明的一些实施例，但本领域技术人员应该理 解，可以对本发明的实施例进行改进而不脱离本发明的原则和精神、权利要
求及其等效物所定义的保护范围。
在根据本发明原理制成的锂离子二次电池中，提供了增加电解液渗透速 度和浸渍速度的电池结构，其中电解液从顶绝缘板和底绝缘板扩散到电极组 件中，所述顶绝缘板和底绝缘板覆盖电池的顶表面和底表面。所以，电解液 均匀的散布到电池电极组件的整个体积中，使得电解液的浸渍均匀，并且增 加电解液的浸渍速度。由于电解液的浸渍得到了改善，就可能減少浸渍过程 所需要的时间，而浸渍过程所需要的时间占整个过程时间中的很大一部分， 这样就提高了产率。
在根据本发明的原理制成的另 一 锂离子二次电池中，在底绝缘板的至少 一侧形成放射状凹进处。所述放射状凹进处用于电解液流入电极组件的通 道，这样就可能改善电解液的浸渍。
在根据本发明的原理制成的另 一锂离子二次电池中，顶绝缘板和底绝缘 板用对电解液具有亲合力的原料涂覆，这样就可能改善电解液的浸渍。
在根据本发明的原理制成的另一锂离子二次电池中，在容器的内表面形成凹进处，这样就改善了电解液的浸渍速度。可以将内表面做得粗糙来增加 对电解液具有亲合力的容器内表面的面积，这样就可能改善电解液的浸渍。 在根据本发明的原理制成的另 一锂离子二次电池中，用对电解液具有亲 合力的原料涂覆包封电极组件的密封条，这样就可能改善电解液的浸渍。
权利要求
1、一种锂离子二次电池，包括容器；置于容器中的电极组件；以及包封所述电极组件外周的密封条，在容器的内表面形成的具有预定深度的槽，其中容器的内表面部分地接触密封条。
2、 根据权利要求1所述的锂离子二次电池，包括，所述容器内表面的槽包 括从容器顶端延伸到容器底端的直线形状的槽。
3、 根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述槽的横截面为从由三 角形、四边形和半圆形组成的组中选择的一种形式。
4、 根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述槽的深度不大于容器 厚度的15%。
5、 根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中所述槽的深度不大于37.5微米。
6、 根据权利要求1所述的锂离子二次电池，包括，包含安全孔的顶盖组件。
7、 根据权利要求6所述的锂离子二次电池，包括，所述容器能经受的压力 不小于安全孔4喿作压力的三倍。
8、 根据权利要求6所述的锂离子二次电池，包括，所述容器能经受的内部 压力不小于15kg^m2。
9、 根据权利要求1所述的锂离子二次电池，包括，所述密封条用聚偏二氟 乙烯(PVdF)原料涂覆。
10、 根据权利要求9所述的锂离子二次电池，包括，所述聚偏二氟乙烯(PVdF) 原料是从由PVdF 761、 PVdF 2801以及PVdF 761和PVdF 2801的混合物组成 的组中选4奪的一种。
11、 根据权利要求9或IO所述的锂离子二次电池，其中涂层厚度为1.0微米。
12、 一种锂离子二次电池，包括 具有敞开顶端和封闭底端的容器； 置于容器中的电极组件；置于容器顶端的顶盖组件，所述顶盖组件密封容器的敞开顶端；以及 包封电极组件外周的密封条，具有规则图案的容器内表面，其中所述容器 内表面部分地与密封条接触。
13、 根据权利要求12所述的锂离子二次电池，包括，所述容器内表面的规 则图案包括许多条紋或者许多突起物。
14、 根据权利要求12所述的锂离子二次电池，包括密封条用聚二氟乙烯 (PVdF)原料涂覆。
15、 根据权利要求14所述的锂离子二次电池，包括，所述聚偏二氟乙烯 (PVdF)原料是从由PVdF 761 、 PVdF 2801以及PVdF 761和PVdF 2801的混合 物组成的组中选4奪的 一种。
16、 根据权利要求14或15所述的锂离子二次电池，其中所述涂层厚度为 1.0微米。
全文摘要
本发明提供一种锂离子二次电池。所述锂离子二次电池包括被密封条包封的电极组件，位于电极组件顶部的顶绝缘板、位于电极组件底部的底绝缘板、容纳所述电极组件的容器、密封所述容器的顶盖组件。在一个实施例中，顶绝缘板具有包括网眼形式的孔。在另一个实施例中，底绝缘板的表面具有多种形状的凹进处。底绝缘板的表面可以涂覆对电解液具有亲合力的原料。容器的内表面具有多种形状的凹进处或者槽。密封条可以涂覆对电解液具有亲合力的原料。所以，根据本发明的原理，所述电极组件容易被电解液浸渍，并且锂离子二次电池的综合性能得到了改善。
文档编号H01M10/36GK101483257SQ20091000853
公开日2009年7月15日 申请日期2006年12月29日 优先权日2005年12月29日
发明者南相峰, 张锡均, 邢有业, 金容太, 金重锡 申请人:三星Sdi株式会社