專利名稱:具有放氣安全孔的可再充電電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種具有改進(jìn)的用于排放電池中產(chǎn)生的氣體的安全孔的可再充電電池。
背景技術(shù):
與不可再充電電池不同,可再充電電池可以重新充電。具有高能量密度的非水電解質(zhì)可再充電電池已經(jīng)發(fā)展為大功率可再充電電池。
將單電池(battery cell)制備成電池組(battery pack)的小功率電池可用作如手機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)和錄像攝像機(jī)之類的各種便攜式電子裝置的電源。通過(guò)連接幾個(gè)至十幾個(gè)可再充電的單電池而形成的大型電池組可用于如電動(dòng)機(jī)車之類的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置。
根據(jù)可再充電電池的外部形狀可將它們分成不同類型,例如袋型、圓柱型和棱柱型。袋型外殼的電池由于其柔性形狀和重量輕已被用于細(xì)長(zhǎng)且重量輕的便攜式電子裝置中。
與圓柱型或棱柱型可再充電電池的外殼由較厚的金屬制成不同,袋型可再充電電池的外殼由薄金屬膜和附加在其兩側(cè)的絕緣薄膜制成,因此,這種電池呈柔性。袋型外殼具有容納電極組件的空間和沿空間的邊緣用于加熱密封的密閉和密封部分。
常規(guī)的可再充電電池因過(guò)充電導(dǎo)致其內(nèi)部電壓升高時(shí)產(chǎn)生的氣體可能使其炸裂。明確地說(shuō),當(dāng)液體電解質(zhì)因過(guò)充電而分解時(shí),鋰離子電池由于釋放諸如二氧化碳、一氧化碳等氣體而引起內(nèi)部壓力升高。此外,因過(guò)充電或過(guò)放電而導(dǎo)致的過(guò)電流使電池內(nèi)部溫度升高時(shí)電池可能著火。
總之,可再充電電池只有在充電和工作期間溫度符合要求時(shí)才能安全使用。而當(dāng)電池在充電或放電時(shí)、或者電池在機(jī)器或設(shè)備中工作期間溫度太高時(shí),不合適的外部溫度條件將使電池溫度升高,導(dǎo)致電池炸裂或燃燒。
所以,可再充電電池在其上市之前,應(yīng)當(dāng)經(jīng)過(guò)如涉及高溫存儲(chǔ)(hightemperature storage)、熱沖擊、溫度存儲(chǔ)(temperature storage)等各種安全試驗(yàn)。通過(guò)將電池在各種溫度條件下放置多個(gè)不同的時(shí)間段來(lái)進(jìn)行安全試驗(yàn)。電池不應(yīng)在這些試驗(yàn)過(guò)程中炸裂或著火,在極端情況下為了防止炸裂或燃燒電池可以不密封。
為使二次電池更安全,人們已作出了各種嘗試。尤其對(duì)通過(guò)在電池外殼上配備安全孔以消除內(nèi)部氣體的技術(shù)付諸了很多努力。據(jù)此,在采用棱柱形或圓柱形外殼作為電池外殼的筒型(can-type)電池上設(shè)置有安全孔,這種安全孔在蓋板或外殼本身上具有內(nèi)部溫度或壓力升高時(shí)電池不被破壞的結(jié)構(gòu)。然而,與筒型電池不同,由于袋型可再充電電池的外殼由柔性材料制成,其不能安裝安全孔。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種袋型可再充電電池,其具有制備簡(jiǎn)單且安裝方便的安全孔。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式,提供一種可再充電電池,其包括含有正電極、負(fù)電極和插入它們之間的隔膜的電極組件;具有容納電極組件的空間的外殼;連接電極組件并被置于外殼的密封區(qū)(sealing region)的引線件;以及設(shè)置在外殼和每一引線件之間并鄰近外殼和每一引線件的密封層,該密封層的一部分具有較低的斷裂強(qiáng)度。
外殼可呈袋型,密封層被設(shè)于引線件上。密封層可包括至少一個(gè)比該密封層的其余部分薄的區(qū)域。該密封層可以包括至少一道凹槽。對(duì)凹槽的具體形狀沒(méi)有限制,而可形成為凹口。此外,可沿相對(duì)方向形成多于兩道的凹槽。
密封層可以具有處于外殼和密封層本身之間的至少一個(gè)減小的接觸區(qū)域(contact area)。此時(shí),若密封層緊鄰?fù)鈿ぃ芊鈱舆€可包括至少一個(gè)非接觸區(qū)域??蓪⒚芊鈱雍屯鈿ぶg的接觸區(qū)域形成為朝密封層中心的逐漸變尖??蓪⒎墙佑|區(qū)域形成為從接觸外殼的內(nèi)側(cè)或外側(cè)處開(kāi)始從密封層的中心向外逐漸變尖。
可將非接觸區(qū)域設(shè)置成在密封層緊鄰?fù)鈿さ膬?nèi)端或外端的區(qū)域處相互對(duì)置。
圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式制備的可再充電電池的透視圖;圖2的頂視圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式制備的可再充電電池的組裝狀態(tài);圖3的頂視圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式制備的可再充電電池的組裝狀態(tài);圖4的頂視圖示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式制備的可再充電電池;圖5的方框圖示意性地示出了本發(fā)明一實(shí)施方式的可再充電電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的情況。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示,袋型可再充電電池10包括電極組件20和用于容納電極組件20的外殼30,該電極組件是通過(guò)在正電極22和負(fù)電極23之間插入隔膜24、然后將它們卷繞在一起形成凝膠物卷(jelly-roll)構(gòu)造而形成的。
參照此圖,電極組件20被形成為將隔膜24插入正電極22和負(fù)電極23之間后螺旋卷繞的凝膠物卷形,當(dāng)然其不局限于此。例如,電極組件可通過(guò)在正電極22和負(fù)電極23之間插入隔膜24而將電極組件形成為堆疊體。這種可供選擇的結(jié)構(gòu)可以毫無(wú)例外地應(yīng)用于下面的所有實(shí)施方式中。
電極組件20包括分別與引線件25、26連接的正電極22和負(fù)電極23。
引線件25、26應(yīng)當(dāng)足夠長(zhǎng)以從外殼30中引出,并可將它們?cè)O(shè)置成在與外殼30接觸的區(qū)域處緊鄰密封層27。
密封層27由絕緣樹(shù)脂形成,用于防止外殼30和每一引線件25、26之間短路并使其間密封。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式,密封層27可具有安全孔的功能,這在下面將詳細(xì)描述。
如圖1所示,電極組件20容納在具有空間33的外殼30中。外殼30包括殼體31,該殼體由空間33和密封空間33的蓋32形成。蓋32從殼體31的一端延伸以與圍繞空間33的邊緣接合,從而形成如圖2所示的密封區(qū)34。
外殼30的形狀不限于上面提到的形狀,盡管沒(méi)有示出,還可將其形成為一端具有開(kāi)口以容納電極組件并被密封的袋形。
外殼30可以由具有金屬和樹(shù)脂的混合物的薄板構(gòu)成。該薄板由包括內(nèi)部熱粘合層和外部樹(shù)脂、然后將它們壓制在一起而制成的復(fù)合體構(gòu)成,所述內(nèi)部熱粘合層例如包括改性的聚丙烯之類的聚合物樹(shù)脂,所述外部樹(shù)脂如為尼龍或聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯。
據(jù)此,將殼體31的熱粘合層和蓋32彼此面對(duì)設(shè)置時(shí),可以通過(guò)熱壓使外殼30密封。
通過(guò)沿殼體31的邊緣形成密封區(qū)34來(lái)密封外殼30。該密封區(qū)是在將電極組件20插入外殼30后通過(guò)熱粘合殼體31和蓋32而形成的。密封區(qū)34具有兩個(gè)從其中伸出的引線件25、26,這些引線件與電極組件20的正電極22和負(fù)電極23連接。附加于每一引線件25、26的密封層27被設(shè)置成與部分密封區(qū)34接觸。密封層27與外殼30的密封區(qū)34結(jié)合,當(dāng)外殼為非加壓密封時(shí),該密封層維持外殼30和引線件25、26之間的氣密性。
如圖2所示,密封層27被設(shè)置成密封層的兩端沿引線件25、26的長(zhǎng)度方向從密封區(qū)34向外暴露。否則,密封層27的兩端的長(zhǎng)度不足以從密封區(qū)34延伸出來(lái)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式,密封層27可以包括至少一個(gè)與外殼30接觸、具有比密封區(qū)34的其余部位的抗破裂性低的區(qū)域,例如區(qū)域“A”。該有較低的抗破裂性的區(qū)域可以起安全孔的作用,當(dāng)電池的內(nèi)部壓力升高時(shí)該區(qū)域被擊穿,以確保電池安全。
所述具有較低的抗破裂性的區(qū)域可以通過(guò)調(diào)整密封層27的厚度或調(diào)整密封層27與外殼30相鄰的面積而形成。
根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式,密封層27可以具有至少一道處于接觸區(qū)域“A”中朝向外殼30的中心的凹槽,在該接觸區(qū)域中密封層27與外殼30形成了部分密封區(qū)34。
密封層27具有在凹槽處與外殼30接觸的表面積比在其它區(qū)域接觸的表面積小的表面積,因此,其在凹槽處具有較低的抗破裂性。當(dāng)電池的內(nèi)部壓力升高時(shí),該區(qū)域破裂以釋放外殼30內(nèi)側(cè)的氣體。在這種情況下,根據(jù)凹槽的深度密封層27可以具有不同破裂壓力,但對(duì)凹槽的深度沒(méi)有具體限制。
密封層27可以包括兩個(gè)基本相同的、在外殼30的內(nèi)粘合側(cè)和外粘合側(cè)上相互對(duì)置的凹槽。
對(duì)凹槽的形狀沒(méi)有具體限定,但它可以形成為凹口28。凹口28示出了密封層27的寬度沿引線件25、26的長(zhǎng)度方向急劇減小的位置。根據(jù)本發(fā)明此實(shí)施方式,凹口28可以形成為尖端指向密封層中心象字母“V”一樣的形狀。
如圖2所示,密封層27在與外殼30的密封層形成部分密封區(qū)34的接觸區(qū)域“A”處具有凹口28,因此具有由于凹口28而減小的寬度。據(jù)此,密封層27在凹口28處的抗破裂性比其余區(qū)域低。
當(dāng)設(shè)置有具有凹口28的密封層27的可再充電電池10因過(guò)充電/過(guò)放電或高溫使用內(nèi)部產(chǎn)生氣體時(shí),電池的內(nèi)部壓力升高,外殼30膨脹。然后隨著內(nèi)壓升高,由于應(yīng)力集中,密封層27在凹口28處擊穿。然后通過(guò)被擊穿的凹口28釋放電池的內(nèi)部氣體,而防止電池炸裂或燃燒。
根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式,凹槽可以形成為如圖3所示的圓弧28。在圖3中,與圖2中相同的附圖標(biāo)記表示與圖2中相同的部件。
圖4示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式制備的可再充電電池10。與前述參照?qǐng)D1描述的可再充電電池類似,可再充電電池10包括具有正電極和負(fù)電極以及插入它們之間的隔膜的電極組件20;分別電連接正電極和負(fù)電極的引線件25、26;具有容納電極組件20的空間的外殼30。外殼30與向外暴露的引線件25、26密封在一起,密封層29可確保引線件25、26與外殼30相鄰。密封層29可包括至少一個(gè)在與外殼30接觸的區(qū)域“A”處的非接觸區(qū)域“N”。如圖4所示,可將非接觸區(qū)域“N”形成于外殼30的內(nèi)側(cè)或外側(cè)。
非接觸區(qū)域“N”被形成在密封層29和外殼30的密封區(qū)34之間??蓪⒎墙佑|區(qū)域“N”形成為在外殼30的內(nèi)側(cè)朝向密封層29中心的凹口。凹口形非接觸區(qū)域“N”可以具有“V”形。
此外,可將非接觸區(qū)域“N”形成為從外殼30的內(nèi)側(cè)和外側(cè)朝向密封層29的中心。它們可以相互面對(duì)并且具有基本上相同的尺寸。
因?yàn)榉墙佑|區(qū)域“N”,密封層29與外殼30的接觸面積比密封區(qū)34的其它接觸面積小,由于在非接觸區(qū)域“N”處電池的內(nèi)壓升高導(dǎo)致的集中應(yīng)力,密封層29可能擊穿。
根據(jù)在密封層29中形成的非接觸區(qū)域“N”,密封層可以具有不同的擊穿壓力,當(dāng)然對(duì)其面積沒(méi)有具體限制。
可將非接觸區(qū)域“N”形成于密封層29和外殼30的密封區(qū)34之間的接觸區(qū)域“A”上。例如,在形成對(duì)密封層29和外殼的密封區(qū)34進(jìn)行熱壓的壓力以形成與非接觸區(qū)域“N”相對(duì)應(yīng)的凹槽形之后,可在密封層與外殼30不緊鄰之處將非接觸區(qū)域“N”形成為凹槽形狀。當(dāng)然,根據(jù)本發(fā)明的總構(gòu)思,可以除上述實(shí)例之外的多種方式形成非接觸區(qū)域。
本發(fā)明提供了一種設(shè)置于引線件25、26上的改進(jìn)的密封層27、29,使密封層27、29可起安全孔的作用,以便當(dāng)電池過(guò)壓時(shí)能釋放電池內(nèi)部的氣體。
這種可再充電電池可用作驅(qū)動(dòng)燃油電力兩用車(HEV)、電動(dòng)機(jī)車(EV)、無(wú)線吸塵器、摩托車、小型摩托車等以及小型電子設(shè)備中的電動(dòng)機(jī)的電源。
可將多個(gè)可再充電電池相互串聯(lián)或并聯(lián)以構(gòu)成電池模塊。圖5的框圖示意地示出了用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)50的、包括如圖1-4所討論的可再充電電池的電池模塊1。
這樣,根據(jù)本發(fā)明所制備的可再充電電池可通過(guò)適當(dāng)?shù)蒯尫艃?nèi)部氣體來(lái)防止熱失控或者燃燒和炸裂,借此可確保電池安全、可靠。
盡管已通過(guò)目前所考慮到的實(shí)際示例性實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述,但應(yīng)理解,本發(fā)明不局限于所公開(kāi)的實(shí)施方式,而應(yīng)涵蓋所附權(quán)利要求的構(gòu)思和范圍內(nèi)的各種變型和等同配置。
權(quán)利要求
1.一種可再充電電池,包括具有正電極、負(fù)電極和插入所述正電極和負(fù)電極之間的隔膜的電極組件;具有容納所述電極組件的空間的外殼;多個(gè)與所述電極組件連接并且在所述外殼的密封區(qū)上從所述外殼伸出的引線件;及設(shè)置在所述密封區(qū)的所述外殼和每一引線件之間并鄰近于所述外殼和每一引線件的密封層,該密封層具有抗破裂性較低的區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的可再充電電池,其中,所述外殼呈袋型。
3.如權(quán)利要求1所述的可再充電電池,其中,所述密封層具有至少一道沿所述多個(gè)引線件的長(zhǎng)度方向形成的凹槽。
4.如權(quán)利要求3所述的可再充電電池,其中,至少一道凹槽被形成為凹口形狀。
5.如權(quán)利要求3所述的可再充電電池,其中,至少兩道凹槽被形成為相互面對(duì)。
6.如權(quán)利要求1所述的可再充電電池,其中,所述密封層包括至少一個(gè)在用于密封所述密封層和外殼的密封區(qū)內(nèi)的寬度減小的接觸區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所述的可再充電電池,其中,所述密封層包括至少一個(gè)與所述接觸區(qū)域相鄰的非接觸區(qū)域。
8.如權(quán)利要求6所述的可再充電電池,其中,所述接觸區(qū)域的寬度朝所述密封層的中心減小。
9.如權(quán)利要求7所述的可再充電電池,其中,所述非接觸區(qū)域被形成為圓弧形。
10.如權(quán)利要求7所述的可再充電電池,其中,所述非接觸區(qū)域具有朝向所述密封層的內(nèi)端的尖端。
11.如權(quán)利要求1所述的可再充電電池,其中,該可再充電電池驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。
12.一種用于可再充電電池的安全放氣方法,該可再充電電池具有設(shè)于外殼中的電極組件,所述外殼具有在密封區(qū)密封的上部和下部,所述密封區(qū)域位于上部和下部的周邊上及在它們之間,該方法包括在所述外殼中安裝所述電極組件,使所述電極組件的電極從所述密封區(qū)域處的所述外殼中伸出;及在所述密封區(qū)處的所述電極上設(shè)置密封層,該密封層具有當(dāng)可再充電電池的內(nèi)部壓力達(dá)到預(yù)定的擊穿壓力時(shí)可被擊穿的區(qū)域。
13.如權(quán)利要求12所述的方法,其中,通過(guò)多個(gè)朝所述密封層內(nèi)部漸尖的凹槽形成所述擊穿區(qū)域。
14.如權(quán)利要求12所述的方法,其中,所述外殼呈袋型。
15.一種可再充電電池,包括具有多個(gè)伸出的電極的電極組件;具有上部和下部的外殼,所述下部具有安裝所述電極組件的空間,該外殼具有在所述上部和下部的各邊緣上及在它們之間的密封區(qū);及位于所述密封區(qū)的所述伸出的電極上的密封層,該密封層具有當(dāng)所述上部和下部在密封區(qū)處被密封時(shí)以及在電池內(nèi)的內(nèi)壓達(dá)到預(yù)定擊穿壓力時(shí)可被擊穿的區(qū)域。
16.如權(quán)利要求15所述的可再充電電池,其中,所述可擊穿區(qū)域是通過(guò)多個(gè)朝所述密封層內(nèi)部漸尖的凹槽而形成的。
17.如權(quán)利要求15所述的可再充電電池,其中,所述外殼呈袋型。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種可再充電電池,其包括含有正電極、負(fù)電極和插入它們之間的隔膜的電極組件;具有容納電極組件的空間的外殼;與電極組件連接并被設(shè)置在外殼的密封區(qū)的引線件,以及設(shè)置在外殼和引線件之間并鄰近外殼和引線件的密封層,該密封層包括抗破裂性較低的區(qū)域。根據(jù)本發(fā)明所制備的可再充電電池可以通過(guò)適當(dāng)?shù)蒯尫艃?nèi)部氣體來(lái)防止熱失控或者燃燒和炸裂,借此可確保電池安全、可靠。
文檔編號(hào)H01M10/40GK1855600SQ20061007704
公開(kāi)日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月26日
發(fā)明者全相垠, 金載炅, 尹蕙嫄, 劉錫潤(rùn) 申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社