一种锂离子电池的电极组件及使用该组件的锂离子电池 本发明要求具有2002年9月23日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2002-57638的优先权，该专利申请的内容在本文引用参考。
【技术领域】
本发明涉及一种锂离子电池的电极组件和使用该组件的锂离子电池，更具体地，涉及一种锂离子电池的电极组件，其具有改进的电流关闭机构，在过电流的条件下可保护电池；和一种使用该电极组件的锂离子电池
背景技术
一般地，蓄电池要能够再充电，实现小型化以及有较大容量。随着电子装置如移动电话、笔记本电脑或便携摄相机的发展，对作为便携电子装置电源的锂蓄电池正在进行活跃的研究。锂蓄电池的典型示例包括镍镉(Ni-Cd)电池，镍金属氢化物(Ni-MH)电池，锂氢(LiH)电池，锂蓄电池等。特别地，电压为3.6V的锂蓄电池得到快速发展，这是因为与镍镉(Ni-Cd)电池或镍金属氢化物(Ni-MH)电池相比，锂蓄电池具有优秀的单位重量的能量密度
锂蓄电池可以根据所用电解液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一般指锂离子电池。使用聚合物电解液的电池是指锂聚合物电池。锂蓄电池可以制造成各种形状，一般有圆柱形和矩形。近年来锂聚合物电池已经制造出带有柔性地袋状。
但是，锂蓄电池在安全性上还有许多问题。在氧化锂用作正电极活性材料，碳材料用作负电极活性材料，以及有机电解溶剂用作电解液的锂离子电池中，当电池过度充电时，电解液在正电极分解，金属锂可在负电极沉淀。结果是，电池特性下降并存在过热或燃烧的危险。另外，在过度充电期间，同时进行的电化学反应可造成各种发热反应，负电极的固体电解液界面(SEI)层分解并释放出气体，使电池膨胀并使电池的内部状态不稳定，导致电池破坏或爆炸。
为了克服这些问题，提出了各种方法，包括安装能够在过电流的情况下切断电流的电流中断器。
图1是传统的矩形锂离子电池的示意性截面图。
参考图1，锂离子电池10的结构包括电池单元11，其具有顺序叠放和缠绕的正电极，隔板和负电极，电池单元位于壳体12中，壳体连接到正电极，盖板组件13安装在壳体12上面，然后壳体12和盖板组件13通过焊接互相密封。绝缘板14安装在电池单元11的上和下部，为了防止电池单元11接触盖板组件13和壳体12。
盖板组件13包括焊接到壳体12上部的正电极板15，和设置到盖板组件13中间的负电极板16。绝缘板17设置在正电极板1 5和负电极板16之间。铆钉18穿过正电极板15的中心部分，电连接到电池单元11的负电极和引线19。铆钉18通过间隔垫片21与正电极板15绝缘。
在具有上述结构的锂离子电池中，非水电解液通过位于正电极板15上的入口22注入电池，塞子插入入口22中然后焊接密封。
为了防止由于内部压力非正常增加造成锂离子电池爆炸，带有机械加工、蚀刻或电模制形成的槽的安全口23设置在盖板组件13的正电极板15上。
当这样的锂离子电池通过导电材料与外部短接，将有过电流流过，造成加热通道，出现爆炸的危险。为了克服这个问题，如图2所示，限流器25设置在壳体24的底表面，保证了安全，防止发生爆炸。当锂离子电池发热时，限流器25的导电性质由于加热而急剧下降，因此可防止电池爆炸。在圆柱形蓄电池中，当盖板组件是卡在壳体的上部时，限流器25很容易安装到电池内部。在矩形蓄电池的情况下，盖板组件和壳体通过激光焊接到一起，限流器应安装在电池的外侧，如图2所示，这意味着对于单位电池，矩形蓄电池要求设置另外的元件。结果是，电池的有效高度减少了限流器25的高度。因此，尽管可保证过电流下的安全，传统矩形蓄电池的容量不可避免地减小。另外，由于限流器暴露在电池外面，使传统的蓄电池在结构上不稳定。此外，为了安装这种限流器，另外的工艺如在限流器和盖板组件之间的焊接是必要的，或需要有盖板组件支撑件，这些导致制造性能变差。
韩国专利申请No.1999-84594公开了具有安装在负电极板上的凹进的限流器的电池，可以保证这种电池的容量不减少。但是，所公开的电池仍有要求另外的工艺步骤来安装限流器的问题。
【发明内容】
本发明提出了一种锂离子电池的电极组件，其具有改进的电流中断机构，通过这种中断机构，电池的容量可以增加并同时保证安全性；以及使用这种电极组件的锂离子电池。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种锂离子电池的电极组件，其具有包括顺序叠放和缠绕的正电极板、隔板、负电极板的电池单元，电连接到正电极板的正电极引线从正电极板引出，电连接到负电极板的负电极引线从负电极板引出，并具有可在过电流的情况下断开的中断器。
负电极引线的电流中断器的截面积通过电流中断器的两边形成的相对的缺口或在电流中断器的两个表面上形成的互相相对的沟槽来减少。电流中断器的截面积最好是相邻部分的0.2到0.9倍。
负电极板引线是用铜或镍制成。
根据本发明的另一方面，提出了一种包括电极组件的锂离子电池，电极组件包括电池单元，其具有包括顺序叠放和缠绕的正电极板、隔板、负电极板；电连接到正电极板的正电极引线从正电极板引出，电连接到负电极板的负电极引线，其具有可在过电流的情况下断开的中断器；容纳电极组件的壳体，和焊接到壳体上部的盖板组件，其具有电连接到电极组件的负电极引线的负电极端子。
壳体是圆柱形的或矩形的。
【附图说明】
通过下面结合附图详细介绍的优选实施例，对本发明的上述方面和许多优点可有更全面了解，其中，
图1是传统锂离子电池的示意性截面图；
图2是图1所示的传统锂离子电池的电流中断器的示意性平面图；
图3是根据本发明的锂离子电池的电极组件的透视图；
图4是图3所示的的锂离子电池的电极组件的分解透视图；
图5A是图3所示的部分A的第一示例的部分放大图；
图5B是图3所示的部分A的第二示例的部分放大图；
图5C是图3所示的部分A的第三示例的部分放大图；
图5D是图3所示的部分A的第四示例的部分放大图；
图5E是图3所示的部分A的第五示例的部分放大图；
图5F是图3所示的部分A的第六示例的部分放大图；
图6A是根据本发明的矩形锂离子电池的剖视图；
图6B是图6A所示的矩形锂离子电池的分解透视图。
【具体实施方式】
现在将参考附图对本发明的优选实施例进行详细介绍。
图3是根据本发明的优选实施例的锂离子电池的电极组件的透视图。
参考图3，电极组件30包括电池单元34，电池单元具有顺序叠放和缠绕的正电极板31，隔板32和负电极板33；电连接到正电极板31的正电极引线35从正电极板31引出，电连接到负电极板33的负电极引线36从负电极33引出。电流中断器36a设置在负电极引线36，当过电流流过时断开。电流中断器36a的截面积小于相邻部分的面积，所以当过电流流过时可成为电阻器，产生热量。因此，电流中断器36a部分熔化，导致断开，因此，断开了过电流。
图4是用于本发明的电极组件的电池单元的果冻卷形状的分解透视图。
参考图3和4，正电极板31包括正电极电流集电器31a，是用片状金属箔制成；和正电极活性材料层31b，其至少涂复在正电极电流集电器31a的一个表面上。正电极电流集电器31a最好由具有很好的导电性的铝箔制成。对于正电极活性材料层31b，适合采用包括氧化锂、粘接剂、可塑剂和导电材料的复合材料。在正电极板31中，正电极引线35连接到正电极未涂复区域31c，具有预定宽度的保护带35a缠绕在正电极引线35的外表面。
负电极板33包括负电极电流集电器33a，是用片状金属箔制成；和负电极活性材料层33b，其至少涂复在负电极电流集电器33a的一个表面上。负电极电流集电器33a最好由具有很好导电性的铜箔制成。对于负电极活性材料层33b，适合采用包括作为负电极活性材料的碳材料、粘接剂、可塑剂和导电材料的复合材料。在负电极板33中，负电极引线36连接到负电极未涂复区域33c，保护带35a缠绕在负电极引线36的外表面。
正和负电极引线35和36分别电连接到正和负电极的非涂复区域31c和33c。为此，正和负电极引线35和36通过焊接，如激光焊接或超声波焊接，或使用导电粘接剂，连接到正和负电极的非涂复区域31c和33c。
正电极板31、隔板32和负电极板33以果冻卷的形式缠绕，形成电池单元34。
图5A是图3所示部分A的放大图。参考图5A，由于负电极36的电流中断器36a具有减少的截面积，在过电流的情况下可造成断开。根据这个实施例，为了减少截面积，在负电极引线36的两边的相对处形成缺口。
参考显示电流中断器36a的另一示例的图5B，负电极引线36具有在负电极引线36的两个表面上形成的相对的沟槽，以减少截面积。
参考图5C，通过在负电极引线36两边的相对处形成缺口和在负电极引线36的两个表面上形成相对的沟槽，使电流中断器36a的截面积减少。
参考图5D，通过将负电极引线36的预定部分的宽度减少预定的数量，而不是在电流中断器36a上形成缺口和沟槽，以减少电流中断器36a的截面积。
参考图5E，通过使负电极引线36的电流中断器薄于其他部分，减少电流中断器36a的截面积。
参考图5F，通过在电流中断器36a上形成孔36b以减少电流中断器36a的截面积。孔36b的尺寸和形状在不削弱负电极引线36的结构强度的范围内随意确定。
为了在负电极引线36上形成电流中断器36a，电流中断器36a的截面积也可通过上述方法外的其他方法来减少。如果电流中断器36a的截面积过于减小，可能会削弱结构强度。但是，如果电流中断器36a的截面积减少的不够，所希望的过电流时的断开可能不会出现。因此，电流中断器36a的截面积最好是相邻部分的0.2到0.9倍。电流中断器36a的截面积的适当范围可考虑电池的容量和所用材料的特性来确定。
如上所述，电流中断器36可由于截面积减少造成电阻增加而出现中断。为此，很重要的是选择适当的材料，最好是用铜、镍或其合金。
图6A是根据本发明的具有矩形壳体的锂离子电池的剖视图。图6B是图6A的锂离子电池的分解透视图。参考附图，锂离子电池60包括壳体61，容纳在壳体61内的电池单元62，和连接到壳体61上部的盖板组件63。
壳体61是中空的矩形金属材料制成，能够用作端子。安全孔69安装在壳体61的底表面，当由于锂离子电池60不正常使壳体内部压力增加时可比其他部分更快地破坏。安全孔69是比壳体61薄的箔状片，覆盖在壳体61的底部形成的通孔。
容纳在壳体61内部的电池单元62包括正电极板62a，负电极板62c和隔板62b。正电极板62a，负电极板62c和隔板62b由带状材料形成。正电极板62a，负电极板62c和隔板62b顺序层叠和缠绕。
正电极板62a包括由薄铝箔制成的正电极电流集电器，和主要成分为氧化锂的正电极活性材料，其涂复在集电器的两个表面上。正电极引线64焊接到正电极板62a的正电极电流集电器的电极未涂复区域，该区域未涂复正电极活性材料层。正电极引线64相对电池单元64向上部分抽出。
负电极板62c包括由薄铜箔制成的负电极电流集电器，和主要成分为碳材料的负电极活性材料，其涂复在集电器的两个表面上。负电极引线65焊接到负电极板62c的负电极电流集电器的电极未涂复区域，该区域未涂复负电极活性材料层。负电极引线65的预定区域设置了电流中断器65a。
本发明中，正电极引线64和负电极引线65可设置为不同的极性。绝缘带67围绕电池单元62的一部分缠绕，以便防止正和负电极板62a和62c连接，其中正电极和负电极引线64和65从该部分抽出。
隔板62b由聚乙烯和聚丙烯复合材料膜形成。隔板62b最好比正电极板62a或负电极板62c宽，为了防止正和负电极板62a和62c之间短路。
盖板63a设置在连接到壳体61上部的盖板组件63。盖板63a由平面形状的金属材料制成，其形状和尺寸对应于壳体61的开口的形状和尺寸。端子通孔63h具有预定的尺寸，在盖板63a的中心形成。另外，电解液入口63f在盖板63a的一侧形成。球63g密封连接到电解液入口63f。
电极端子，即负电极端子63c，设置在端子通孔63h中并能插入其中。管状垫片63b安装在负电极端子63c的外表面，使负电极端子63c与盖板63a绝缘。绝缘板63d安装在盖板63a的下面，端子板63e安装在绝缘板63d的下面。
在负电极端子63c的外表面被垫片63d包围的状态下，负电极端子63c插入端子通孔63h。负电极端子63c的底部相对连接到壳体61的盖板63a向下暴露，在绝缘板63d和端子板63e处于适当位置的状态下，相对盖板63a固定。负电极端子63c的底部电连接到端子板63e。
上述电池单元62安装到绝缘壳66，使电池单元62与盖板组件63电绝缘，并提供了通过电解液入口63f注入电解液的流道。绝缘壳66用具有绝缘性能的聚合物树脂制成，最好是聚丙烯。
上面介绍的结构也可以应用于具有圆柱形壳体的锂离子电池。
如上所述，在根据本发明的锂离子电池的电极组件和使用该电极组件的袋状电池中，使用低粘度带来形成电极组件，可防止电池在膨胀情况下扭曲，改进电池的性能和寿命特性，因此得到更可靠的锂离子电池。
尽管通过参考优选的实施例对本发明进行了详细的显示和说明，所属领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行形式和细节的改进。