Batería que tiene capacidad de aislamiento eléctrico mejorada.

Batería que comprende: un cátodo que tiene una capa de recubrimiento de material activo de cátodo prevista sobre al menos una superficie de un colector de cátodo;

y un ánodo que tiene una capa de recubrimiento de material activo de ánodo prevista sobre al menos una superficie de un colector de ánodo, enrollándose el cátodo y ánodo para estar enfrentados entre sí con un separador interpuesto entre los mismos, en la que la capa de recubrimiento de material activo de cátodo aplicada a la al menos una superficie del colector de cátodo se desvía longitudinalmente de una capa de recubrimiento de material activo de cátodo aplicada a la otra superficie del colector de cátodo de tal manera que las partes de comienzo y finalización de aplicación de ambas capas de recubrimiento de material activo de cátodo no concuerdan entre sí, y sólo al menos una de una parte de comienzo de enrollado y una parte de finalización de enrollado del cátodo está dotada de una parte no recubierta de cátodo para la instalación de un cable de cátodo, y en la que se une una cinta aislante al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en una posición en la que la capa de recubrimiento de material activo de ánodo está enfrentada a una parte sin recubrimiento del cátodo que no contiene la capa de recubrimiento de material activo de cátodo,

en la que el cable de cátodo y el cable de ánodo de la batería están dispuestos en sentidos opuestos, en la que el cable de cátodo y el cable de ánodo están dispuestos en la parte de comienzo y la parte de finalización de enrollado, respectivamente, o el cable de cátodo y el cable de ánodo están dispuestos en la parte de finalización de enrollado y la parte de comienzo de enrollado, respectivamente, y en la que al menos un lado del cátodo no está dotado de la parte no recubierta de cátodo.

Batería que tiene capacidad de aislamiento eléctrico mejorada Campo técnico

La presente invención se refiere a una batería que tiene capacidad de aislamiento eléctrico mejorada, y más particularmente, a una batería en la que se une una cinta aislante al límite de una capa de recubrimiento de material activo de cátodo en una posición en la que una capa de recubrimiento de material activo de ánodo está enfrentada a una parte no recubierta de cátodo en la que no está presente ninguna capa de recubrimiento de material activo de cátodo, logrando una capacidad de aislamiento eléctrico mejorada y la consiguiente seguridad de la batería.

Antecedentes de la técnica

Convencionalmente, de diferente manera a una batería primaria que no tiene capacidad de carga, una batería secundaria recargable que tiene características de carga y descarga está activamente en estudio con el desarrollo de tecnologías avanzadas incluyendo cámaras digitales, teléfonos móviles, ordenadores portátiles, coches híbridos, etc. Los ejemplos de la batería secundaria incluyen una batería de níquel-cadmio, batería de níquel-hidruro metálico, batería de níquel-hidrógeno, una batería secundarla de litio, etc.

De las baterías secundarlas mencionadas anteriormente, una batería secundaria de litio tiene una tensión de excitación de 3,6 V o más. La batería secundarla de litio puede usarse como fuente de alimentación para aparatos electrónicos portátiles, o puede usarse en coches híbridos de alta potencia cuando se conectan en serie una pluralidad de baterías secundarias de litio. Puesto que la batería secundaria de litio tiene una tensión de excitación tres veces mayor que la de la batería de níquel-cadmio o la batería de níquel-hidruro metálico y también, tiene superior densidad de energía por peso unitario, el uso de la batería secundaria de litio está creciendo rápidamente.

En la actualidad, se ha fabricado una batería de Ion de litio, en la que un cátodo y un ánodo, que están aislados mediante un separador Interpuesto entre los mismos, se enrollan en un conjunto de electrodo cilindrico o prismático, y tras insertarse el conjunto de electrodo resultante en un recipiente de metal, se inyecta un electrolito en el recipiente de metal. Cuando se sella el recipiente de metal, se completa la fabricación de la batería de ion de litio.

Más particularmente, una batería de Ion de litio convencional incluye un cátodo en el que una capa de recubrimiento de material activo de cátodo está prevista sobre una superficie o ambas superficies de un colector de cátodo, y un ánodo en el que una capa de recubrimiento de material activo de ánodo está prevista sobre una superficie o ambas superficies de un colector de ánodo, enrollándose el cátodo y ánodo con una pluralidad de separadores interpuestos entre los mismos.

En el caso en el que están previstas capas de recubrimiento de material activo sobre ambas superficies de un colector de electrodo, la capa de recubrimiento de material activo prevista sobre una superficie del colector de electrodo es generalmente más corta que la capa de recubrimiento de material activo prevista sobre la otra superficie del colector de electrodo. Normalmente, es deseable que la longitud y la anchura de un ánodo sean más largas que la longitud y la anchura de un cátodo, para impedir la extracción de iones de litio del cátodo.

Recientemente, se ha desarrollado una batería, que se cambia de configuración de tal manera que las capas de recubrimiento de material activo aplicadas a ambas superficies de un colector de cátodo se desvían longitudinalmente entre sí, haciendo que una parte de una capa de recubrimiento de material activo no esté incluida en la otra capa de recubrimiento de material activo.

La figura 1 es una vista en sección de una batería convencional que tiene la configuración descrita anteriormente y la figura 2 ilustra una configuración de tipo jelly-roll (en brazo de gitano) de la batería enrollada. Considerando la configuración de la batería convencional en detalle con referencia a los dibujos, la batería incluye un cátodo en el que capas 2a y 2b de recubrimiento de material activo de cátodo están previstas sobre al menos una superficie de un colector 1 de cátodo, un ánodo en el que capas 4a y 4b de recubrimiento de material activo de ánodo están previstas sobre al menos una superficie de un colector 3 de ánodo y una pluralidad de separadores 5a y 5b interpuestos entre el cátodo y el ánodo. Al menos una de una parte de comienzo de enrollado y una parte de finalización de enrollado del colector 1 de cátodo o colector 3 de ánodo contiene una parte 1 no recubierta de cátodo o parte 3 no recubierta de ánodo en la que no está presente ninguna capa de recubrimiento de material activo de electrodo. Estas partes 1 y 3 no recubiertas están dotadas de cables 6 y 7 de electrodo que van a conectarse a terminales exteriores. Los dos cables de electrodo, es decir el cable 6 de cátodo y el cable 7 de ánodo están dispuestos en el mismo sentido.

Cuando la capa 2a de recubrimiento de material activo de cátodo entra en contacto con el ánodo con el separador interpuesto entre los mismos, la capa 2a de recubrimiento de material activo de cátodo debe solaparse con la capa 4b de recubrimiento de material activo de ánodo enfrentada (en otras palabras, debe tener un área menor que la de la capa 4b de recubrimiento de material activo de ánodo), considerando una desviación de enrollado y un cambio

de posición provocados tras la carga y descarga de la batería. En esta condición, el límite entre la capa de recubrimiento de material activo de cátodo y la parte 1 no recubierta de cátodo se encuentra con la capa 4b de recubrimiento de material activo de ánodo. Esto provoca la aparición de microorificios o contracción y daños a otras funciones del separador 5 enfrentado, dando como resultado una emisión de calor significativa tras el contacto entre la capa 4b de recubrimiento de material activo de ánodo y la parte 1 no recubierta de cátodo.

Tal como se muestra en la figura 1, el cable 6 de cátodo está enfrentado a la parte 3 no recubierta de ánodo con el separador 5b interpuesto entre los mismos y por tanto, existe un riesgo de cortocircuito entre el cable 6 de cátodo y la parte 3 no recubierta de ánodo (véase la región A).

Además, tal como se muestra en la figura 1, puesto que la capa 4a de recubrimiento de material activo de ánodo prevista en una superficie superior del colector 3 de ánodo (véase la región B) está enfrentada al límite de la capa 2b de recubrimiento de material activo de cátodo (véase la región C) con el separador 5a interpuesto entre los mismos, y la capa 4b de recubrimiento de material activo de ánodo prevista en una superficie inferior del colector 3 de ánodo está enfrentada al límite de la capa 2a de recubrimiento de material activo de cátodo (véase la región B) con el separador 5b interpuesto entre los mismos, también existe un riesgo de cortocircuito. Mientras tanto, cuando las capas de recubrimiento de material activo de ánodo y cátodo entran en contacto entre sí con la aparición de cortocircuito, existe una emisión de calor y corriente de cortocircuito insignificantes debido a una alta resistencia eléctrica de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo. Sin embargo, cuando el ánodo entra en contacto con la parte no recubierta de cátodo (es decir, una parte del colector de cátodo en la que no está presente ninguna capa de recubrimiento de material activo de cátodo), una resistencia eléctrica insuficiente provoca una grave emisión de calor y corriente de cortocircuito que actúan como factores peligrosos que deterioran significativamente la seguridad de la batería.

Convencionalmente, para resolver los problemas descritos anteriormente, se ha adoptado un método para proporcionar un aislante en la región enfrentada entre la parte no recubierta de cátodo y el ánodo.

La figura 3 ilustra una configuración en la que unos aislantes 9a, 9b, 9c y 9d están previstos en la batería convencional mostrada en la figura 1. Haciendo referencia a la figura 3 junto con las figuras 1 y 2, el cable 7 de ánodo se une a la parte 3 no recubierta de ánodo del colector 3 de ánodo en la que las capas 4a y 4b de recubrimiento de material activo de ánodo no están presentes, y el cable 7 de ánodo está enfrentado al cátodo con siete capas de separadores 5 interpuestas entre los mismos. La provisión del número suficiente de separadores 5 elimina la necesidad de un aislante alrededor del cable 7 de ánodo enfrentado a los separadores 5. Además, una cinta 8a protectora está prevista en un lado opuesto del cable 7 de ánodo, eliminando la necesidad de un aislante.

Batería que comprende: un cátodo que tiene una capa de recubrimiento de material activo de cátodo prevista sobre al menos una superficie de un colector de cátodo; y un ánodo que tiene una capa de recubrimiento de material activo de ánodo prevista sobre al menos una superficie de un colector de ánodo, enrollándose el cátodo y ánodo para estar enfrentados entre sí con un separador interpuesto entre los mismos, en la que la capa de recubrimiento de material activo de cátodo aplicada a la al menos una superficie del colector de cátodo se desvía longitudinalmente de una capa de recubrimiento de material activo de cátodo aplicada a la otra superficie del colector de cátodo de tal manera que las partes de comienzo y finalización de aplicación de ambas capas de recubrimiento de material activo de cátodo no concuerdan entre sí, y sólo al menos una de una parte de comienzo de enrollado y una parte de finalización de enrollado del cátodo está dotada de una parte no recubierta de cátodo para la instalación de un cable de cátodo, y en la que se une una cinta aislante al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en una posición en la que la capa de recubrimiento de material activo de ánodo está enfrentada a una parte sin recubrimiento del cátodo que no contiene la capa de recubrimiento de material activo de cátodo,

en la que el cable de cátodo y el cable de ánodo de la batería están dispuestos en sentidos opuestos,

en la que el cable de cátodo y el cable de ánodo están dispuestos en la parte de comienzo y la parte de finalización de enrollado, respectivamente, o el cable de cátodo y el cable de ánodo están dispuestos en la parte de finalización de enrollado y la parte de comienzo de enrollado, respectivamente, y

en la que al menos un lado del cátodo no está dotado de la parte no recubierta de cátodo.

Batería según la reivindicación 1, en la que está prevista una capa de recubrimiento de material activo de cátodo adicional sobre al menos una superficie de un extremo distal de la parte no recubierta de cátodo.

Batería según la reivindicación 1, en la que está prevista una cinta aislante en un extremo distal de la parte no recubierta de cátodo que contiene el cable de cátodo.

Batería según la reivindicación 1 ó 2, en la que un extremo de punta del cátodo, que corresponde a la parte de comienzo de aplicación de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo prevista sobre la al menos una superficie del colector de cátodo y la parte de comienzo de aplicación de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo prevista sobre la otra superficie del colector de cátodo, está dotado sobre sólo al menos una superficie del mismo de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo, y está dotado sobre la otra superficie del mismo de una parte sin recubrimiento que no contiene la capa de recubrimiento de material activo de cátodo.

Batería según la reivindicación 3,

en la que el cátodo tiene las partes no recubiertas de cátodo que no contienen la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en ambos extremos distales del colector de cátodo, y

en la que un extremo de punta del cátodo, que corresponde a la parte de comienzo de aplicación de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo prevista sobre la al menos una superficie del colector de cátodo y la parte de comienzo de aplicación de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo prevista sobre la otra superficie del colector de cátodo, está dotado sobre sólo al menos una superficie del mismo de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo, y está dotado sobre la otra superficie del mismo de una parte sin recubrimiento que no contiene la capa de recubrimiento de material activo de cátodo.

Batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la parte sin recubrimiento, que no contiene la capa de recubrimiento de material activo de cátodo, prevista en el extremo de punta del cátodo está enfrentada a otra parte sin recubrimiento que no contiene la capa de recubrimiento de material activo de cátodo con el separador Interpuesto entre los mismos.

Batería según la reivindicación 6, en la que el separador está previsto en al menos dos capas.

Batería según la reivindicación 1, en la que, basándose en la parte de comienzo de enrollado, la cinta aislante se une al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en ambos extremos dlstales de una superficie Inferior del colector de cátodo y al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en un extremo distal de una superficie superior del colector de cátodo.

Batería según la reivindicación 2, en la que, basándose en la parte de comienzo de enrollado, la cinta aislante se une al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en ambos extremos

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distales de una superficie inferior del colector de cátodo y al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en un extremo distal de una superficie superior del colector de cátodo.

Batería según la reivindicación 2, en la que, basándose en la parte de comienzo de enrollado, la cinta aislante se une al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en ambos extremos distales de una superficie superior del colector de cátodo, al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en ambos extremos distales de una superficie inferior del colector de cátodo y al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en el extremo distal de la parte no recubierta de cátodo.

Batería según la reivindicación 3, en la que, basándose en la parte de comienzo de enrollado, la cinta aislante se une al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en ambos extremos distales de una superficie superior del colector de cátodo, al límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo en un extremo distal de una superficie inferior del colector de cátodo y al extremo distal del colector de cátodo en el que se instala el cable de cátodo.

Batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la cinta aislante se proporciona durante un procedimiento de enrollado o procedimiento de recubrimiento de electrodo.

Batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que el ánodo está dotado sobre al menos una de una parte de comienzo de enrollado y una parte de finalización de enrollado del mismo de una parte no recubierta de ánodo que no contiene la capa de recubrimiento de material activo de ánodo para la conexión de un cable de ánodo, y en la que dos o más capas aislantes están previstas sobre la otra superficie del colector de ánodo, a la que se conecta el cable de ánodo, en una posición correspondiente al cable de ánodo.

Batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que una cara de corte de una parte no recubierta de ánodo prevista en un extremo de punta del ánodo como parte de comienzo de enrollado se aísla y se protege mediante una pluralidad de separadores, y un lado opuesto de la parte no recubierta de ánodo se protege mediante la cinta aislante en el límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo, y en la que una cara de corte de la parte no recubierta de ánodo en un extremo distal del ánodo como parte de finalización de enrollado se protege mediante la cinta aislante en el límite de la capa de recubrimiento de material activo de cátodo.

Batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que una parte de finalización del separador se extiende más allá de un extremo distal del ánodo.

Batería según la reivindicación 15, en la que la parte de finalización del separador se extiende desde el extremo distal del ánodo en aproximadamente 5 mm o más.

Batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la cinta aislante es una o más seleccionadas del grupo que consiste en una cinta de poliimida, cinta de acetato, cinta de tela de vidrio, cinta de poliéster, cinta de poli(sulfuro de fenileno) (PPS) y cinta de polipropileno.

Batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que la cinta aislante tiene un grosor de 1 pm -1 pm.

Batería prismática en la que la batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, se aloja en un recipiente de batería prismático, y está previsto además un electrolito no acuoso.