专利名称：二次电池的制作方法
技术领域：
示例实施例涉及一种二次电池，更具体地，涉及平稳地充电和放电的二次电池。
背景技术：
当对二次电池充电时，可能发生过充电，因此各种安全部件和控制电路安装在充电器和电池上以防止过充电。当使二次电池放电也就是发出电子时，由于低电流或恒定的电阻，可能发生将电池放电到OV的过放电。当过放电发生时，电池的总电压变得接近约0V， 使得负极集流器的金属材料被氧化并脱出为金属离子。因而，电池老化从而导致电池容量的显著降低。
发明内容
示例实施例提供一种二次电池，通过添加预定量的腈化合物到附接到负极引线接片的绝缘膜，该二次电池能够限制铜或镍脱出成为离子，该铜或镍在电池充电和放电时用作负极集流器。示例实施例提供一种二次电池，该二次电池具有附着通过脱出的铜或镍离子与腈化合物反应而产生的络合物的元件。根据本发明实施例的方面，提供一种二次电池，该二次电池包括电极组件，包括正极板、负极板和位于两者之间的隔板，正极板具有引出的正极接片，负极板具有引出的负极接片；壳，容置电极组件和电解质并形成有密封部；正极引线接片和负极引线接片，其一部分分别连接到正极接片和负极接片，另一部分暴露到壳的外面；以及绝缘膜，分别附接到正极接片的一个区域和负极接片的一个区域，所述区域与壳的密封部接触，其中附接到负极弓I线接片的绝缘膜包括预定量的腈化合物。这里，绝缘膜可以包括3%到10%的腈化合物。此外，电解质可以包括3 %或更少的腈化合物。这里，腈化合物可以是丁二腈或茴香醚腈。此外，电极组件可以具有依次堆积的多个正极板、多个负极板以及设置在其间的多个隔板的形式。这里，从正极板引出的正极接片和从负极板引出的负极接片可以分别通过焊接结合成一个。此外，正极接片和负极接片可以分别通过熔接与正极引线接片和负极引线接片连接。此外，正极接片和负极接片可以分别与正极引线接片和负极引线接片彼此部分重叠地熔接。此外，附接到负极引线接片的绝缘膜可以延伸到壳的里面并附接为形成负极接片暴露部以暴露与负极引线接片熔接的负极接片。这里，作为负极集流器的负极板的基体可以包括铜或镍。如上所述，根据本发明的实施例，限制了铜或镍脱出成离子，铜或镍在充电和放电中用作负极集流器，因此尽管二次电池过放电，随后的充电和放电也可以平稳地实现。此外，通过脱出的铜离子或镍离子与腈化合物的反应产生的络合物附接到负极接片暴露部，从而防止电解质中副产品的产生。
附图与说明书一起示出了示例实施例，并与文字描述一起用于解释本发明实施例的原理。图1是根据示例实施例的电极组件和壳的透视图；图2是根据示例实施例的二次电池的透视图；图3是图2中的部分B的仰视图；图4是当根据示例实施例使二次电池放电时沿图2中的线A-A’取得的截面图；图5是当根据示例实施例使二次电池放电时二次电池的负极接片暴露部的截面图；以及图6是根据另一示例实施例的二次电池。
具体实施例方式在下文参照附图更详细地描述示例实施例和其他信息以用于本领域技术人员容易地理解本发明的实施例。然而，本发明的实施例可以在权利要求书所述的范围内以各种方式改变和修改；因此，本领域技术人员能够理解，以下描述的实施例仅是举例说明的。在一般二次电池的充电和放电操作中，在充电中锂离子从正极活性材料迁移到负极活性材料从而向二次电极的负电极提供电子。也就是，从锂化合物产生的锂离子穿过电解质和隔板然后插入到石墨中，从而实现充电。当持续充电而不控制充电电压时，电压因此持续上升。因此，各种安全部件或控制电路安装在充电器和电极上，从而防止过充电。在通过负电极发出电子的放电中，插入到负极活性材料中的锂离子转移到正极活性材料。锂离子经过电解质和隔板然后从石墨分离，从而实现放电。在放电中，电池的总电压变成正电极与负电极之间的电势差。随着放电时间的进行，正电极中的电压恒定，但是负电极中的电压逐渐增大。因此，在正电极和负电极之间几乎没有电势差，因而电池的总电压减小。此外，由于低电流或恒定电阻，发生使电池放电到 OV的过放电。因而，电池的总电压变得接近约0V，使得负极集流器的金属材料被氧化并脱出为金属离子。当金属离子从负极集流器脱出时，电池老化并且电池的容量显著降低，使得即使电池被充电也难以使用电池。因此，在二次电池中防止金属离子的脱出将是有利的。为了解决这样的问题，在下文将参照附图进一步描述示例实施例。图1是根据示例实施例的电极组件和壳的透视图。参照图1，根据实施例的二次电池包括电极组件10，被充电和放电；以及壳20，容纳并密封电极组件10和电解质40(见图2、。这里，壳20可以使用袋。壳20由容纳部20a和盖20b构成，凹入形成的容纳部20a将电极组件10容纳在里面。这里，容纳部20a可以通过压制形成。盖20b形成为在一端部从容纳部20a延伸。壳可以包括沿一边缘形成的密封部21，容纳部20a和盖20b在该边缘重合。
壳20可以包括例如钢、不锈钢、铝或其等价物作为基层。然后聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或尼龙可以涂覆在基层的一个表面上，流延聚丙烯(CPP)可以涂覆在基层的另一个表面上。然而，壳20不限于本实施例中的材料。电极组件10可以通过依次堆叠多个正极板11、多个负极板13以及设置在其间的多个隔板12而形成，正极板11和负极板13具有施加到其上的活性材料。每个正极板11 形成有正极接片11a，正极接片Ila从正极板11的一端延伸并且活性材料不施加到正极接片11a。每个负极板13形成有负极接片13a，负极接片13a沿与正极接片Ila相同的方向从负极板13的一端延伸，并且活性材料不施加到负极接片13a。这里，堆叠的各正极接片 Ila和各负极接片13a可以分别通过焊接结合成一个。正极板11和负极板13根据二次电池的类型通过不同工艺形成，除了通过施加活性材料到金属材料的集流器、接着进行干燥、辊挤压和切割。正极板11包括具有优良导电性的正极集流器和形成在正极集流器的至少一侧上的正极活性材料层。正极集流器通常使用具有优良导电性的铝。正极活性材料层通过涂覆正浆料在正极集流器的至少一侧上而形成，该正浆料是正极活性材料、导电剂和正粘合剂与溶剂的混合物。这里，正极活性材料通过参与锂二次电池的正化学反应而产生电子，导电剂可以将从正极活性材料产生的电子传输到正极集流器。此外，正粘合剂将正极活性材料粘合到导电剂以保持正极板11的机械强度。正极活性材料使用硫族化物，其示例包括复合金属氧化物诸如LiCo02、LiMn2O4, LiNiO2^LiNixCoxO2 (0 < χ < 1)禾口 LiMnO2,但不限于此。负极板13包括负极集流器和涂覆在负极集流器的至少一侧上的负极活性材料层，负极集流器包括导电薄金属板。负极活性材料层包括负极活性材料和负粘合剂，负粘合剂将负极活性材料粘合到负极集流器。这里，负极集流器可以包括铜(Cu)或镍(Ni)。负极活性材料可以通常使用硬碳、 软碳和石墨之一，但在本实施例中不限于此。每个隔板12设置在正极板11与负极板13之间，并使用具有高离子透过率和高机械强度的绝缘薄层。隔板12防止在充电和放电中正极板和负极板的电短路，并能够仅使锂离子迁移。隔板12可以形成为在宽度和长度上比正极板11和负极板13略大从而防止在正极板11和负极板13的边缘上的短路现象。隔板12可以包括精细多孔材料以能够使锂离子迁移。例如，隔板12可以包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚烯烃树脂或具有多个精细通孔的其等同物，但不限于此。此外， 当诸如聚合物的固体电解质用作电解质40 (见图2)时，固体电解质也可以用作隔板12。通过此构造，正极板11中的锂离子在充电时迁移到负极板13，负极板13中的锂离子在放电时迁移回到正极板11。这里，当发生过充电时，如上所述，作为负极集流器的铜或镍以离子形式脱出。铜离子或镍离子的脱出导致电池的损伤，因而在过充电之后无法正常地进行充电和放电。为了防止这点，诸如腈化合物的配位体可以添加到电解质40。例如，腈化合物可以是丁二腈或茴香醚腈。本实施例的配位体包括能够结合到电极接片的至少之一的中心金属原子的离子或分子，以形成配位化合物。在一些实施例中，配位体可以是腈化合物，但是不限于此。在一些实施例中，当配位体是腈化合物时，腈化合物使得难以脱出铜离子或镍离子。然而，腈化合物与从负极集流器脱出的部分铜离子或镍离子反应而形成络合物。络合物在负极板13的表面上产生副产品，这会导致在对电池充电和放电时锂离子无法顺利地行进。此外，腈化合物增加了正极板11的电阻。此外，腈化化物自身分解从而导致在电池中产生气体生。因而，可能发生几个副作用诸如膨胀(即电池扩张)。因此，需要腈化合物以防止铜离子或镍离子的脱出。然而，如上所述，腈化合物对于电池而言引起各种问题，腈化合物的含量需要限制到预定的量或以下。为了额外地控制铜离子和镍离子从负极集流器的脱出，根据示例实施例的二次电池在图2至图6中示出，其中腈化合物以预定的量添加到附接到负极引线接片的绝缘膜。图2是根据示例实施例的二次电池的透视图，图3是图2中的部分B的仰视图。参照图2和图3，根据本实施例的二次电池包括电极组件10、壳20、引线接片lib 和13b以及绝缘膜31和32。电极组件10可以依次堆叠多个正极板11、多个负极板13以及设置在其间的多个隔板12而形成，多个正极板11具有引出的正极接片1 la，多个负极板13具有引出的负极接片13b。这里，各正极接片Ila和各负极接片13a可以通过焊接分别结合成一个并连接到正极引线接片lib和负极引线接片13b。壳20可以包括袋并容置电极组件10和电解质40。壳20由容纳部20a和盖20b 形成，密封部21可以沿一边缘形成，容纳部20a和盖20b该边缘重合。引线接片lib和13b由分别连接到正极接片Ila和负极接片13a的正极引线接片 lib和负极引线接片1 构成。正极引线接片lib的一个端部连接到正极接片11a，其另一个端部暴露到壳20的外面。负极引线接片13b的一个端部连接到负极接片13a，其另一个端部暴露到壳20的外面。这里，正极接片Ila和负极接片13a可以分别与正极引线接片 lib和负极引线接片1 熔接，彼此部分地重叠。具有熔接的正极引线接片lib和负极引线接片1 的电极组件10容置在壳20的容纳部20a中。然后，电极组件10沿密封部21密封，密封部21是壳20的容纳部20a和盖 20b的边缘。这里，热粘合树脂(未示出)可以涂覆在壳20的里面并通过热和挤压彼此熔接以密封电极组件10。绝缘膜31和32附接到所述正极引线接片lib与所述正极接片Ila的至少连接部分和所述负极引线接片1 与所述负极接片13a的至少连接部分。进一步地，绝缘膜31和 32附接到正极引线接片lib的一部分和负极引线接片1 的一部分，所述部分与壳20的密封部21接触，从而增强壳20的密封并保证电绝缘状态。在一些实施例中，所述绝缘膜至少之一包括配位体，该配位体能够在与电解质接触之前与负极板的第一金属的离子形成络合物。在一些实施例中，至少一个绝缘膜包括约3%至约10%重量百分比的配位体。在另一些实施例中，绝缘膜至少之一包括约4%至约6%的配位体。在一些实施例中，第一金属可以是铜和镍至少之一。绝缘膜31和32包括附接到正极引线接片lib的第一绝缘膜31和附接到负极引线接片1 的第二绝缘膜32。这里，附接到正极引线接片lib的第一绝缘膜31可以仅形成在正极引线接片lib与壳20的密封部21接触的区域中。附接到负极引线接片13b的第二绝缘膜32可以附接到负极引线接片1 与壳20的密封部21接触的区域及延伸到壳20内部的区域。这里，第二绝缘膜32可以附有负极接片暴露部14以暴露与所形成的负极引线接片Hb熔接的负极接片13a。例如，绝缘膜31和32可以包括聚酰亚胺(PI)、聚丙烯(PP)、 聚乙烯(PE)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，但不限于此。第二绝缘膜32可以包括预定量的腈化合物。例如，腈化合物可以以涂覆的形式被包括在带中。当第二绝缘膜32包括腈化合物时，可以限制用于负极集流器的铜或镍脱出为离子。因而，尽管二次电池过充电，接下来的充电和放电也可以正常地进行。这里，第二绝缘膜32延伸到壳20里面是用于保证包括腈化合物的空间。由脱出的铜离子或镍离子与腈化合物的反应产生的络合物可以附到负极接片暴露部14。因此，可以防止副产品形成在电解质40中。在一些实施例中，第二绝缘膜32可以包括从约3%至约10%的腈化合物。更优选地，第二绝缘膜32可以包括约5%的腈化合物。这里，腈化合物可以是丁二腈或茴香醚腈， 但不限于此。当第二绝缘膜32包括少于约3%的腈化合物时，不足以有效防止铜离子或镍离子的脱出。此外，当第二绝缘膜32包括超过约10%的腈化合物时，电阻增大从而恶化可被包括在电解质40中的锂离子的浓度或迁移率。此外，电解质40还可以包括3%或更少的腈化合物。如上所述，包括在电解质40 中的腈化合物引起在电池单元中产生气体的不利影响，因此期望添加不超过3%的腈化合物。通过提供配位体到附接到电极引线接片之一的绝缘膜，可以减少电解质中的配位体的量。因此，能够最小化与配位体存在于电解质中相关的问题。例如，通过在绕负极引线接片的绝缘膜中提供诸如腈化合物的配位体，配位体理想地定位从而与负极引线接片的金属离子形成络合物。图4是当使根据示例实施例的二次电池放电时沿图2中的A-A’取得的截面图，图 5是根据示例实施例的二次电池的负极接片暴露部的截面图。参照图4和图5，根据示例实施例的第二绝缘膜32包括腈化合物，并可以形成有负极接片暴露部14。电池反应基本上通过正极活性材料层与负极活性材料层之间的还原电势差实现，但可以受添加剂和电解质40的特性显著影响。因此，形成了包括腈化合物的第二绝缘膜32，使得在电池放电时难以脱出铜离子或镍离子。第二绝缘膜32的腈化合物通过与从负极接片暴露部14脱出的部分铜离子或镍离子的反应而产生络合物50。这里，络合物50可以形成为铜离子或镍离子被腈化合物所包裹。被包裹的铜离子或镍离子附到负极接片暴露部14以在负极接片暴露部14上形成膜。 因而，铜离子或镍离子的脱出可以被负极接片暴露部14上的膜限制。如图5所示，当腈化合物为丁二腈(SN)并且负极板的负极集流器使用铜时，丁二腈可以包裹铜离子(Cu2+)。然后，被丁二腈包裹的铜离子附接到负极接片暴露部14以形成物理膜，从而限制铜离子的进一步脱出。电解质40可以包括3%或更少的腈化合物。因而，防止了从负极板13脱出到电解质40的部分铜离子或镍离子以离子态存在于电解质40中。电解质40可以包括最小量的腈化合物。图6是根据另一示例实施例的二次电池。
在参照图6描述根据本实施例的二次电池时，将不再重复解释与之前实施例相同的部件。参照图6，在根据本实施例的二次电池中。第一绝缘膜31’和第二绝缘膜32’具有相同的形状。也就是，附接到正极引线接片lib的第一绝缘膜31’和附接到负极引线接片 13b的第二绝缘膜32’可以仅形成在与壳20的密封部21接触的区域中。以与之前实施例相同的方式，第二绝缘膜32’可以包括预定量的腈化合物。因而， 腈化合物可以通过与当使电池放电时从负极接片暴露部14’脱出的铜离子或镍离子反应而产生络合物。该络合物附到负极接片暴露部14’以在负极接片暴露部14’上形成物理膜， 从而防止铜离子或镍离子的脱出。然而，本实施例中的第二绝缘膜32’可以比之前实施例中的第二绝缘膜32具有更少量的腈化合物。尽管参照优选的实施例详细描述了本发明实施例的精神，但是应当理解，提供这些实施例仅用于描述本发明的实施例，本发明的实施例不限于此。此外，本领域技术人员将理解，本发明的实施例可以在本发明实施例的范围内以各种方式修改。尽管已经结合某些示例实施例描述了本发明，但是应理解，本发明不限于公开的实施例，而是相反地，旨在涵盖包括在权利要求书及其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。本申请要求于2010年8月30日在美国专利商标局提交的美国临时专利申请 No. 61/378345以及于2011年7月14日提交的美国临时专利申请No. 13/183334的优先权和权益，其全部内容通过引用结合于此。
权利要求
1.一种二次电池，包括电极组件，包括正极板、负极板和设置在两者之间的隔板，该正极板具有正极接片，该负极板具有负极接片；壳，构造为容置所述电极组件；电解质；正极引线接片，连接到所述正极接片；负极引线接片，连接到所述负极接片，其中所述负极板包括第一金属；绝缘膜，附接到所述正极引线接片与所述正极接片的至少连接部分和所述负极引线接片与所述负极接片的至少连接部分，其中附接到所述负极引线接片的所述绝缘膜包括能够与所述第一金属的离子形成络合物的配位体。
2.如权利要求1所述的二次电池，其中附接到所述负极引线接片的所述绝缘膜包括从至10%重量百分比的配位体。
3.如权利要求1所述的二次电池，其中所述电解质包括3%重量百分比或更少的配位体。
4.如权利要求1所述的二次电池，其中所述配位体包括腈化合物。
5.如权利要求4所述的二次电池，其中所述腈化合物为丁二腈和茴香醚腈至少之一。
6.如权利要求1所述的二次电池，其中所述电极组件包括依次堆叠的多个正极板、多个负极板以及设置在其间的多个隔板。
7.如权利要求1所述的二次电池，其中从所述正极板引出的正极接片和从所述负极板引出的负极接片分别通过焊接结合在一起。
8.如权利要求1所述的二次电池，其中所述正极接片和所述负极接片通过熔接分别连接到所述正极弓I线接片和所述负极弓I线接片。
9.如权利要求1所述的二次电池，其中所述正极接片和所述负极接片分别与所述正极弓I线接片和所述负极弓I线接片彼此部分重叠地熔接。
10.如权利要求9所述的二次电池，其中附接到所述负极引线接片的所述绝缘膜延伸到所述壳的里面，形成负极接片暴露部，该负极接片暴露部暴露与所述负极引线接片熔接的负极接片。
11.如权利要求10所述的二次电池，其中所述负极接片暴露部包括所述配位体和所述第一金属的离子的络合物。
12.如权利要求1所述的二次电池，其中附接到所述负极引线接片的绝缘膜延伸到所述壳的里面并附接为形成负极接片暴露部，该负极接片暴露部暴露与所述负极引线接片熔接的所述负极接片。
13.如权利要求1所述的二次电池，其中所述第一金属包括铜和镍中的至少之一。
14.如权利要求1所述的二次电池，其中所述隔板包括聚乙烯、聚丙烯和聚烯烃树脂中的至少之一。
15.如权利要求1所述的二次电池，其中所述电解质是固体电解质聚合物。
16.如权利要求15所述的二次电池，其中所述固体电解质聚合物用作所述隔板。
17.如权利要求1所述的二次电池，其中所述壳包括在所述壳的边缘的密封部，所述正极引线接片和所述负极引线接片的附接到所述绝缘膜的部分也与所述密封部接触。
18.如权利要求1所述的二次电池，其中所述正极引线接片和所述负极引线接片暴露到所述壳的外面。
19.如权利要求1所述的二次电池，其中所述绝缘膜包括所述配位体和所述第一金属的离子的络合物。
全文摘要
本发明提供了一种二次电池。示例实施例涉及能够限制铜或镍脱出成离子的二次电池，铜或镍在对电池充电和放电时用作负极集流器。根据示例实施例的二次电池包括电极组件，包括正极板、负极板和设置在两者之间的隔板，正极板具有引出的正极接片，负极板具有引出的负极接片；壳，容纳电极组件和电解质并形成有密封部；正极引线接片和负极引线接片，其一部分分别连接到正极接片和负极接片，另一部分暴露到壳的外面；以及绝缘膜，分别附接到正极接片的一个区域和负极接片的一个区域，所述区域与壳的密封部接触，其中附接到负极引线接片的绝缘膜包括预定量的腈化合物。
文档编号H01M2/26GK102386364SQ20111025236
公开日2012年3月21日 申请日期2011年8月30日 优先权日2010年8月30日
发明者安昶范 申请人:三星Sdi株式会社