专利名称：电极组件、制造电极组件的方法及电池组件的制作方法
技术领域：
本发明一个或多个实施例涉及一种二次电池，更特别地，涉及一种二次电池的结构。
背景技术：
目前，紧凑且轻的便携式电气/电子设备，诸如蜂窝电话、笔记本电脑和可携式摄像机，已经被有效地开发和生产。因此，便携式电气/电子设备包括电池组，以便在没有分离的电源的情况下在任何地方能够运行。从经济方面考虑，电池组包括可再充电二次电池。 有代表性的二次电池的示例为镍镉(Ni-Cd)电池，镍氢(Ni-MH)电池，锂(Li)电池和锂 (Li)离子电池。特别地，锂离子电池具有高于镍镉电池和镍氢电池的操作电压约为三倍的操作电压，该镍镉电池和镍氢电池已经被广泛地用作便携式电子设备的电源。另外，锂离子电池由于具有每特定重量的高能量密度而已经被广泛使用。二次电池使用锂基氧化物作为正极活性物质，使用碳材料作为负极活性物质。
发明内容
本发明的一个或多个实施例包括二次电池。根据本发明的一个或多个实施例，前述需要由一种电极组件满足，该电极组件包括第一电极板，具有第一未涂覆部分和涂覆有第一活性物质的第一涂覆部分；和第二电极板，具有第二未涂覆部分和涂覆有第二活性物质的第二涂覆部分。在此实施例中，本发明进一步包括插置在所述第一电极板与所述第二电极板之间的隔板；其中所述第一未涂覆部分与所述第一涂覆部分之间的第一长度大于所述第二未涂覆部分与所述第二涂覆部分之间的第二长度。在本发明的另一实施例中，前述需要由一种制造用于可再充电电池的电极组件的方法满足，所述方法包括形成第一电极板，所述第一电极板具有第一未涂覆部分和涂覆有第一活性物质的第一涂覆部分；形成第二电极板，所述第二电极板具有第二未涂覆部分和涂覆有第二活性物质的第二涂覆部分。在此实施例中，本发明进一步包括，设定所述第一电极板的所述第一未涂覆部分与所述第一涂覆部分之间的第一边界距离的第一长度和所述第二电极板的所述第二未涂覆部分与所述第二涂覆部分之间的第二边界距离的第二长度的尺寸，使得由于增加所述第一边界距离的第一长度而导致由通过所述第一边界距离的电流产生的热减少，所述设定基于由流过所述第一电极板的所述第一边界距离和所述第二电极板的所述第二边界距离的电流产生的热。在此实施例中，本发明进一步包括组装所述第一电极板与所述第二电极板，且所述第一电极板与所述第二电极板之间插置有隔板。
在还一实施例中，前述需要由一种电池组件满足，所述电池组件包括第一电极板，具有第一未涂覆部分和涂覆有第一活性物质的第一涂覆部分；和第二电极板，具有第二未涂覆部分和涂覆有第二活性物质的第二涂覆部分。在此实施例中，本发明进一步包括插置在所述第一电极板与所述第二电极板之间的隔板，其中所述第一未涂覆部分与所述第一涂覆部分之间的第一长度大于所述第二未涂覆部分与所述第二涂覆部分之间的第二长度。 在此实施例中，本发明包括容纳所述第一电极板、所述第二电极板和所述隔板的壳体。
图1为根据本发明的实施例的锂离子聚合物电池的分解透视图；图2为图1的电极组件的分解透视图；图3为示出根据本发明的实施例的放电已经终止之后正电极板的温度分布的图像；图4A为图2的部分“IVa”的放大透视图；图4B为图2的部分“IVb”的放大透视图；图5为根据图2的电极组件的修改实施例从上方观察的电极组件的平面视图；和图6为根据本发明的实施例的正电极板的透视图。
具体实施例方式现在将详细参照各实施例，各实施例的示例在附图中示出。本发明的一个或多个实施例包括二次电池，该二次电池被构造为多种类型的任意一种。例如，二次电池可以是镍镉(Ni-Cd)电池，镍氢(Ni-MH)电池或锂(Li)电池。锂二次电池可以是，例如，锂离子电池、使用液体电解质的锂金属电池或使用高分子量固体电解质的锂聚合物电池。根据高分子量固体电解质的类型，锂聚合物电池可被分类为，不包含有机电解质的完全固体型锂聚合物电池，或使用凝胶型高分子量电解质的锂离子聚合物电池 1。在下文中，将根据锂离子聚合物电池1描述二次电池的结构，但是不限于此，且因此各种类型的二次电池可被使用。参见图1和图2，将描述锂离子聚合物电池1的结构。图1为根据本发明的实施例的锂离子聚合物电池1的分解透视图。图2为图1的电极组件100的分解透视图。锂离子聚合物电池1可包括电极组件100、壳体200和电解质(未示出)。电极组件100可包括正电极板110(即第一电极板)、负电极板120(即第二电极板)和隔板130。电极组件100可通过顺序地堆叠正电极板110和负电极板120而被形成。 隔板130可被插置在正电极板110与负电极板120之间。正电极板110可包括正电极物质 111、正电极未涂覆部分11 Ia和正极活性物质112。正电极物质111可包括例如铝(Al)。正电极物质111的一部分可延伸以形成正电极未涂覆部分111a。正极活性物质112可包括典型的活性物质。例如，正极活性物质112可包括钴酸锂(LiCoO2),但是不限于此。也就是， 正极活性物质112可包括硅基物质、锡基物质、铝基物质、锗基物质或类似物。在这种情况下，正极活性物质112可包括钛酸锂(LTO)，除了典型的活性物质之外。参见图1，正电极未涂覆部分Illa可被连接到正电极引线接头115，该正电极引线接头115被连接到壳体200 的外部端子。
负电极板120可包括负电极物质121、负电极未涂覆部分121a和负极活性物质 122。负电极物质121可包括，例如，铜(Cu)。负电极物质121的一部分可延伸以形成负电极未涂覆部分121a。负极活性物质122可包括典型的活性物质。例如，负极活性物质122 可包括石墨。参见图1，负电极未涂覆部分121a可被连接到负电极引线接头125，该负电极引线接头125被连接到壳体200的外部端子。壳体200可容纳电极组件100和电解质(未示出)。壳体200可为柔性的袋状壳体。图3为示出根据本发明的实施例的放电已经终止之后正电极板101的温度分布的图像。参见图3，可以已知对应于正极活性物质112的第一正电极板部分Pl的温度与从第一正电极板部分Pl延伸的第二正电极板部分P2的温度不同。在这种情况下，附图标记Pl 和P2可分别对应图2的附图标记111和111a。关于第一正电极板部分Pl的中心部分M的温度分布，最小温度为38. 4°C，最大温度为41. 3°C，平均温度为39. 6°C，如图3中所示。中心部分M中的一点的温度为40. 0°C，如图3中所示。另一方面，第一正电极板部分Pl与第二正电极板部分P2之间的边界部分B的温度为45. 1°C。也就是，第一正电极板部分Pl与第二正电极板部分P2之间的边界部分B的温度比诸如中心部分M的那些点的温度更高。 可以已知，在对应于正极活性物质112与正电极未涂覆部分Illa之间的边界部分的点处温度增加。与负电极板120相比，在正电极板101和110中的边界部分B中温度有效地增加。 这是因为，由于正极活性物质112的电阻值通常较高，因此在正极活性物质112与正电极物质111之间的边界部分B处由于焦耳热(Joule's heating)而产生热。在正极活性物质 112与正电极物质111之间产生的热越多，则充电率(C-rate)的电流值越高。在充电/放电被重复执行时这种热强化电池的退化，由此降低电池的寿命和稳定性。因此，需要将这种退化最小化。参见图4A、图4B和图5，将描述正极活性物质112与正电极未涂覆部分Illa之间的正电极边界距离W1和负极活性物质122与负电极未涂覆部分121a之间的负电极边界距离W20图4A为图2的部分“IVa”的放大透视图。图4B为图2的部分“IVb”的放大透视图。 图5为根据图2的电极组件100的修改实施例从上方观察的电极组件100的平面视图。比较正电极板110和负电极板120，由于负电极板120的负极活性物质122使用具有低电阻值的物质，诸如石墨，因此负极活性物质122与包括Cu或类似物的负电极未涂覆部分121a之间的电阻差不可能较大，但是具有高电阻值的正极活性物质112与正电极未涂覆部分Illa之间的电阻差可能较大。在这种情况下，正电极边界距离W1被限定为正极活性物质112与正电极未涂覆部分Illa之间的距离，负电极边界距离W2被限定为负极活性物质122与负电极未涂覆部分 121a之间的距离。通过充电/放电，电流流过正电极未涂覆部分111a、负电极未涂覆部分 121a等，由于焦耳热，在正极活性物质112与正电极未涂覆部分Illa之间以及负极活性物质122与负电极未涂覆部分121a之间产生热。在这种情况下，由于焦耳热产生的热的量受到正电极边界距离W1和负电极边界距离W2的影响。因此，由于具有与其关联的高电阻值而产生大量热的正电极边界距离W1可以比负电极边界距离W2更宽。在这种情况下，图5为电极组件100的平面视图，从上方观察，在图5中正电极边界距离W1比负电极边界距离W2更宽。将参照方程式更详细地描述正电极边界距离W1和负电极边界距离w2。由具有宽度W1的所述第一边界距离覆盖的所述共有长度的量是指具有宽度W1的所述第一边界距离占所述共有长度的量。当每个单元电极板的容量C通过将锂离子聚合物电池1的全部容量除以正电极板 110和负电极板120的数量而获得时，正电极板110或负电极板120的单位面积的电流密度可以通过将容量C除以单元面积而获得。例如，在图4A中，当正电极板110的容量为C时， 正极活性物质112与正电极未涂覆部分Illa之间的边界部分的单位面积的电流密度(mA/ mm2)可以由(V(W1Cl1)而获得。类似地，在图4B中，当负电极板120的容量为C时，负极活性物质122与负电极未涂覆部分121a之间的边界部分的单位面积的电流密度(mA/mm2)可以由C/(W2d2)而获得。在这种情况下，Cl1为正电极板110的厚度，d2为负电极板120的厚度。在这种情况下，每单位面积产生的热量Q可根据以下方程式1计算Q = I2Rt (J)· · · (1)在方程式1中，I为单位面积电流密度(mA/mm2)，R为电阻值(Ω)，t为一段时间 (sec)。正电极板110的每单位面积的热量Ql。在这种情况下，R1为正极活性物质112与正电极物质111之间的电阻值，也称为正电极板110的涂覆部分的电阻。负电极板120的每单位面积的热量Q2为(~^ 。在这种情况下，R2为负极活性物质122与
负电极物质121之间的电阻值，也称为负电极板120的涂覆部分的电阻。通常，正极活性物质112与正电极物质111之间的电阻值队比负极活性物质122 与负电极物质121之间的电阻值&大。因此，在正极活性物质112与正电极未涂覆部分 111a、和负极活性物质122与负电极未涂覆部分121a之间的边界部分中，正电极板110的每单位面积的热量Ql比负电极板120的每单位面积的热量Q2大，因此正电极板110可能退化并由此可能损坏。通常，正电极板110的厚度Cl1与负电极板120的厚度d2的差不是那么大。因为不容易设计改变电阻R1和&，所以正电极边界距离W1和负电极边界距离W2可以被控制，以使在正电极板110的边界部分处产生的热量可以小于或等于在负电极板120的边界部分处产生的热量。根据方程式2和3，正电极边界距离W1和负电极边界距离W2可以被计算，使得正电极板110的每单位面积的热量Ql等于负电极板120的每单位面积的热量Q2。
权利要求
1.一种电极组件，包括第一电极板，具有第一未涂覆部分和涂覆有第一活性物质的第一涂覆部分； 第二电极板，具有第二未涂覆部分和涂覆有第二活性物质的第二涂覆部分；和插置在所述第一电极板与所述第二电极板之间的隔板，其中所述第一未涂覆部分与所述第一涂覆部分之间的第一长度大于所述第二未涂覆部分与所述第二涂覆部分之间的第二长度。
2.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极板包括正电极板，所述第二电极板包括负电极板，且其中所述第一长度包括在所述正电极板上的长度，所述第二长度包括在所述负电极板上的长度。
3.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一长度被选择为大于所述第二长度， 以使由所述第一电极板产生的热等于或小于由所述第二电极板产生的热。
4.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极板的所述第一活性物质与所述第一未涂覆部分之间的距离包括具有第一宽度OO的第一边界距离，且其中所述第二电极板的所述第二活性物质与所述第二未涂覆部分之间的距离包括具有第二宽度(W2)的第二边界距离。
5.根据权利要求4所述的电极组件，其中所述第一边界距离(W1)的第一长度等于或小于[ 7 d7—----W7机dx其中W2包括所述第二电极板的所述第二涂覆部分与所述第二未涂覆部分之间的所述第二边界距离的第二长度，R1包括所述第一电极板的所述第一涂覆部分的电阻，&包括所述第二电极板的所述第二涂覆部分的电阻，Cl1包括所述第一电极板的厚度，d2包括所述第二电极板的厚度。
6.根据权利要求5所述的电极组件，其中所述第一长度(W1)对所述第二长度(W2)的比落入1到11.39的范围内。
7.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极板的所述第一未涂覆部分与所述第一涂覆部分之间的第一边界距离具有第一长度(W1)，所述第二电极板的所述第二未涂覆部分与所述第二涂覆部分之间的第二边界距离具有第二长度(W2)，且其中所述第一电极板的所述第一涂覆部分与所述第二电极板的所述第二涂覆部分被对齐以便沿具有共有长度的线彼此相邻放置，且其中所述第一长度(W1)与所述第二长度(W2)的和小于或等于所述共有长度。
8.根据权利要求7所述的电极组件，其中由具有第一宽度(W1)的所述第一边界距离覆盖的所述共有长度的量与所述第一边界距离与所述第二边界距离之间的相对电阻的比的平方根和所述第二边界距离与所述第一边界距离之间的相对厚度的比的乘积成比例。
9.根据权利要求7所述的电极组件，其中所述第一电极板的所述第一未涂覆部分的宽度包括所述第一边界距离的第一宽度(W1)，所述第二电极板的所述第二未涂覆部分的宽度包括所述第二边界距离的第二宽度(W2)，且其中所述第一电极板的所述第一未涂覆部分和所述第二电极板的所述第二未涂覆部分分别被联接到所述第一电极板的所述第一涂覆部分和所述第二电极板的所述第二涂覆部分，使得所述第一电极板的所述第一未涂覆部分和所述第二电极板的所述第二未涂覆部分不重叠。
10.根据权利要求9所述的电极组件，其中所述第一电极板的所述第一未涂覆部分的所述第一宽度(W1)包括所述共有长度的50%到92%。
11.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极板的所述第一未涂覆部分包括第一电极接线片，和所述第二电极板的所述第二未涂覆部分包括第二电极接线片。
12.根据权利要求1所述的电极组件，其中所述第一电极板限定所述第一涂覆部分与所述第一未涂覆部分之间的具有长度(W3)的边界距离，该长度(W3)等于所述第一涂覆部分的宽度，其中所述第一电极板的所述第一未涂覆部分包括沿全9+部的所述长度(W3)附接到所述第一涂覆部分中的至少一个的第一区域、和具有小于所述长度(W3)的宽度的附接到所述第一区域的第二区域。
13.—种制造电极组件的方法，所述电极组件用于可再充电电池，所述方法包括形成第一电极板，所述第一电极板具有第一未涂覆部分和涂覆有第一活性物质的第一涂覆部分；形成第二电极板，所述第二电极板具有第二未涂覆部分和涂覆有第二活性物质的第二涂覆部分；设定所述第一电极板的所述第一未涂覆部分与所述第一涂覆部分之间的第一边界距离的第一长度和所述第二电极板的所述第二未涂覆部分与所述第二涂覆部分之间的第二边界距离的第二长度的尺寸，使得由于增加所述第一边界距离的第一长度而导致由通过所述第一边界距离的电流的流动产生的热减少，所述设定基于由流过所述第一电极板的所述第一边界距离和所述第二电极板的所述第二边界距离的电流产生的热；以及组装所述第一电极板与所述第二电极板，且所述第一电极板与所述第二电极板之间插置有隔板。
14.一种电池组件，包括如权利要求1-12中任一项所述的电极组件；以及壳体，容纳所述第一电极板、所述第二电极板和所述隔板。
全文摘要
一种电极组件、制造电极组件的方法及电池组件，所述电极组件具有正电极板、负电极板和插置在它们之间的隔板。所述正电极板和所述负电极板具有涂覆部分和未涂覆部分。所述正电极板的所述涂覆部分与所述未涂覆部分之间相互连接的长度大于所述负电极板的所述涂覆部分与所述未涂覆部分之间相互连接的长度，以减少在所述正电极板处发生热集中。在一种实施方式中，所述正电极板与所述负电极板的所述涂覆部分与所述未涂覆部分之间的各边界距离之间的相对长度使用包括相对电阻和相对厚度的乘积的比而确定。
文档编号H01M4/04GK102496692SQ20111044808
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月28日 优先权日2011年1月7日
发明者卞仁燮 申请人:三星Sdi株式会社