CN100367536C - 可再充电电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可再充电电池，包括：包含有正电极、负电极和置于正负电极之间的隔板的电极组件，容纳该电极组件的壳体，以及安装在该壳体一侧、与该壳体内部连通并仅从内部向外部释放气体的单向阀组件。

Description

可再充电电池

技术领域

本发明涉及通过使壳体内压力维持在预定水平而具有延长的使用寿命的可再充电电池。

背景技术

通常，有别于不能再充电的非可再充电电池，可再充电电池能够反复充电和放电。具有高能量密度和使用非水电解液的高能可再充电电池近来已获发展。包括以包的形式封装的包括单个电池单元的低容量电池被用作诸如移动电话、便携式电脑和可携式摄像机之类小型便携式电子设备的电源。包括多个连接在一起的电池单元的大型电池被用作驱动诸如电动车之类要求大量电能的机器的电动机的电源。

根据电池的外部形状，可再充电电池被分为多个种类，比如圆柱形、长方盒形或者袋形。

可再充电电池通常包括可通过卷绕薄片形状的正电极、负电极和作为绝缘体的隔板而形成的电极组件。可选地，电极组件可通过多层堆叠正电极、负电极和绝缘隔板而形成。电极组件可插入用具有外部端子的盖组件封闭的壳体中。

然而，发生在可再充电电池内的化学反应会产生气体，并且如果内压增加至超出预定水平则有可能会引起爆炸和燃烧。

日本专利未决公开NO.2000-223102公开了一种具有防止在故障电池的壳体内爆炸的减压阀的可再充电电池。此处，减压阀位于被安装在壳体内的盖板上，并在预定压力下破裂。

但是，上述减压阀存在的问题在于，一旦该减压阀在超出其可承受压力水平时破裂，通过开口从外部流入的空气和湿气会导致可再充电电池被破坏。相应地，可再充电电池的气密性能受损，不再能够正常工作。

通常，这个问题导致更短的电池使用寿命。特别是，当具有高电能存储容量的可再充电电池用作驱动诸如用在电动真空吸尘器、电动小型摩托车、电动车或者混合电动车之类上的电动机时，会要求具有较高的能量输出和较高的电能存储容量。因此，随着电池容量增加，内压也随着升高。当减压阀随着内压变化而破裂时，就无法获得足够的高能输出。

发明内容

本发明提供一种可再充电电池，通过改进安全器件的结构而使内压维持在预定水平。

本发明的附加特征将在以下叙述中列出，其中部分将因该叙述而变得清晰，或可通过实践本发明而被认识。

本发明公开一种可再充电电池，包括容纳在盖组件中并具有单向结构的安全阀组件，以便可在预定压力水平开启并向外部释放气体。该电池进一步包括包含正电极、负电极和置于正负电极之间的隔板的电极组件，以及用于容纳该电极组件的壳体。

应理解，以上综述和以下详述都是示例性和解释性的，用于为权利要求所要求的发明提供进一步的解释。

附图说明

附图被包括以便于进一步理解本发明，其合并在说明书中并构成为说明书的一部分，图解本发明的实施例，并与叙述相结合用于解释本发明的原理。

图1是根据本发明第一实施例的可再充电电池的示意图。

图2是根据本发明第一实施例的可再充电电池的示意性横截面图。

图3是根据本发明第二实施例的可再充电电池的横截面图。

图4是根据本发明第二实施例的可再充电电池的安全阀组件的横截面图。

图5是根据本发明第三实施例的可再充电电池的横截面图。

图6是根据本发明第四实施例的可再充电电池的安全阀组件的横截面图。

图7是根据本发明第五实施例的可再充电电池的安全阀组件的横截面图。

具体实施方式

下文将参考显示本发明实施例的附图更详尽的描述本发明。然而，本发明可以多种不同的形式实现，而不应理解为受限于在此列出的实施例。相反，提供这些实施例的目的在于彻底公开，并将本发明的范围充分传达给本领域的技术人员。在图中，为清楚起见，层和区域的尺寸与相对尺寸可能被夸大。

应理解，当诸如层、膜、区域或者基板之类的部件被称作“在(on)”另一部件“上”时，其可以直接在其他部件上或者居间部件也可存在。相反，当某部件被称为“直接在(directly on)”另一部件“上”时，则不存在居间部件。

本发明的可再充电电池可释放在电池中产生的气体，保持电池气密，还可使电池内压维持在最佳水平。此外，它还保持电池的稳定性，防止电池性能劣化并延长其使用寿命。

本发明的可再充电电池或电池模块可用作诸如电动车、混合电动车、无线真空清洁器、摩托车和小型摩托车之类由电动机驱动的高能电子设备的电源。

图1是根据本发明第一实施例的可再充电电池的示意图。

根据图1，本发明的可再充电电池10包括：产生电力的电池部分15、连通部分16、包括阀构件18和弹性构件19的单向阀组件17。

电池部分15包括能够为电池充电和放电的元件。电池部分15的一侧与连通部分16相连，该连通部分是敞开的以便与外部连接。连通部分16可采用诸如孔、管或者导管之类的不同方式。此外，连通部分的16的一侧与用于控制、关闭和开启连通部分16的单向阀组件17相连。

单向阀组件17包括：关闭连通部分16的阀构件18，通过按压阀构件18以支撑其的弹性构件19，以及在一侧释放气体的气体出口(图中未示出)。

电池部分15重复充电和放电，导致电池内产生气体，并使其内压随之增长。

如果电池部分15的内压升至预定水平，则压力强于由弹性构件施加给阀构件18的压力。因此，如果电池部分15的内压升至预定水平，则单向阀组件17开启以便通过连通部分16释放内部气体。

图2是示意性图解本发明第一实施例的袋形可再充电电池的横截面图。

参见图2，本发明的可再充电电池10包括壳体11、与壳体11向外连通的管12，以及位于管12一侧的单向阀组件20。

单向阀组件20包括与装配在壳体11上的管12连通并具有向外释放气体的出口23的外壳，以及位于外壳21内并关闭与壳体11连通的管12的末端的阀构件22。它还包括位于外壳21和阀构件22之间并以预定压力向阀构件22施压的压缩弹簧24。

外壳21支撑安装在其中的阀构件22和压缩弹簧24，且不局限于特定形状或尺寸。阀构件22可由具有内在弹力的橡胶形成。

此外，压缩弹簧24可适于通过微小的壳体内压力增量来打开管12。例如，施加在阀构件22上的压力可高于大气压力约0.01个大气压(atm)。压力弹簧24可调整为具有有别于以上弹簧结构的各种结构。例如，可使用诸如橡胶之类具有内在弹力的材料和其他可用的替代材料。

如果袋形壳体11中产生气体，且其压力增加至超出大气压力预定值，则壳体11中的内部气体压力推动阀构件22，从而打开管12。通过管12释放的气体经过外壳21和阀构件22之间的间隙，并在随后穿过形成在外壳21上的出口23，从而降低壳体11中的内压。在压缩弹簧24的弹力下，阀构件22被推回至关闭管12的末端，并且随着管12中内部气体压力下降维持壳体11气密。

如上所述，如果壳体11中的内压升至超出预定水平，则其中的气体被自动释放以使壳体的内压维持在稳定的压力水平。相应地，电池能够始终保持与外部气密，并保持其性能。

图3和图4图解了根据本发明第二实施例的可再充电电池。

如图3所示，可再充电电池30包括：包含正电极、负电极和置于正负电极之间的隔板的电极组件32，具有容纳电极组件32的空间的长方盒形壳体33，以及安装在壳体33的开口上以便封闭其的盖组件40。此外，正极端子36和负极端子37通过从盖组件40伸出来的接线片35与电极组件32连接，并且单向阀组件50被安装在盖组件40上以维持电池内压。

壳体33可包括诸如铝、铝合金或镀镍钢之类的导电金属。壳体33还可形成为具有容纳电极组件32的内部空间的六边形。

根据本发明的此实施例，通过堆叠正电极、负电极和置于正负电极间的隔板并成螺旋形地卷绕它们形成胶卷形构造的电极组件32。

而后电极组件32被容纳于壳体33内，以便当盖组件40位于垂直放置的壳体33的顶部时，未涂覆区域32a和32b位于壳体33的相互相对的两端。此外，电极组件32的未涂覆区域32a和32b与接线片35(或者集流板)装配以使电极端子36和37连接到电极组件32。

盖组件40包括：以气密方式与壳体33的上端接合的盖板42、正极端子36以及负极端子37。端子36和37分别位于在盖板42的两侧上，并分别通过各个接线片35(或者集流板)与电极组件32的未涂覆区域32a和32b接合。如图4所示，盖板42具有开口43，并且单向阀组件50安装在开口43中。

单向阀组件50包括包含与壳体内部连通的孔52和还与外部连通并释放气体的出口53的外壳51。该单向阀组件包括被安装为能够在外壳51中来回移动并密封孔52的阀构件54，以及被安装在阀构件54和外壳51之间以便压缩阀构件54的压缩弹簧55。

因此，如果通过孔52施加在阀构件54上的内部气体压力强于压缩弹簧55的压缩力，则阀构件54被推动从而打开孔52。随后，壳体33内的气体通过开孔52及阀构件54与外壳51间的间隙被释放到出口53。因此，通过出口53释放出壳体33的内部气体降低了壳体33内的内压。

压缩弹簧55抵抗阀构件54的压缩力确定了阀构件54的开启压力。因此，优选小压缩力的压缩弹簧55，以使得当壳体33中的内压至少高于大气压力0.01atm时，阀构件54能够开启。

施加弹力到阀构件54的弹性构件没有特殊限制，除压缩弹簧55外的任何诸如橡胶之类的弹性构件都可被使用。

阀构件54可包括诸如橡胶和硅酮之类具有内在弹性以便稳固地密封孔52的合成树脂。

如果在可再充电电池工作期间壳体33内的内压升至预定压力水平，则单向阀组件50开启。随着单向阀组件50开启，其向外释放出来自壳体33内部的气体，且电池30的内压回降至其预定水平。随后，开启的阀构件54移回到外壳51的孔52处并重新将其关闭。当阀构件54移动并关闭孔52时，壳体33能够通过防止外部空气流入到壳体33而维持其气密状态。

图5显示了根据本发明第三实施例的可再充电电池。

如图5所示，可再充电电池60包括：包含有正电极71、负电极71和置于正负电极之间的隔板73的电极组件70，用于容纳电极组件70的圆柱形壳体61，通过密封壳体61的垫圈83安装在壳体61的开口上端上的盖组件80，以及安装到盖组件80中以便稳固地维持电池内压的单向阀组件90。

此处，通过卷绕两个电极和位于正负电极之间的隔板而形成胶卷构造的电极组件70，其中正极未涂覆区域71a和负极未涂覆区域72b在电极组件70的两端相互相对。

本发明一实施例的电极组件70容纳在壳体61内，当壳体61垂直放置而盖组件80位于其顶部时，正极未涂覆区域71a位于上端，负极未涂覆区域72a位于底端。

此外，负极未涂覆区域72a通过负极集流板62与壳体61接合。正极未涂覆区域71a通过正极集流板63和引线64与盖组件80接合。

盖组件80包括：与正电极71接合并具有向外伸出的正极端子81的盖板82，使壳体61与盖板82绝缘的垫圈83，以及安装在盖板82之下的通气板84。

通气板84在中心具有孔92，并位于盖板82内部。此外，单向阀组件90位于通气板84的中心以及正极端子81内部。

此外，形成在盖板82上的正极端子81具有位于其表面上的孔(未示出)，以使得当单向阀组件90开启时，电池的内部气体被向外释放。

单向阀组件90包括：与盖板82和安装在其中的通气板84接触的外壳91，在一侧释放气体的出口93，以及被安装在外壳91内部以便关闭和打开贯穿通气板84和外壳91的孔92的阀构件94。此外，弹性弹簧95被安装在外壳91和阀构件94之间并施加预设压力到阀构件94上。

阀构件94在电池内压增加时开启并向外释放气体，在电池内压低时保持关闭。阀构件94可包括诸如橡胶之类的弹性材料。

图6是根据本发明第四实施例的可在充电电池的安全阀组件的横截面图。

参见图6，盖板42的一侧具有开口43，并且单向阀组件110形成在开口43中。单向阀组件110包括与壳体内部连通的孔112。该单向阀组件的外侧包括：具有向外部敞开并释放气体的出口113的外壳111，在外壳111中移动以打开和关闭孔112的阀构件114，以及安装在阀构件114和外壳111之间以便压缩阀构件114的弹性构件115。

根据本发明的该实施例，弹性构件115由诸如橡胶或者硅酮之类的合成树脂形成，并以压缩状态安装在外壳内且施加压力到阀构件114上。出口113形成在外壳111的一边以便与外壳111的内部连通。

因此，随着壳体内抵抗阀构件114的内压上升，使得弹性构件115收缩，并在阀构件114和孔112之间产生空间。随后，壳体内的内部气体通过该空间释放到出口113外，由此降低内压。

随后当壳体内的内压降至低于预定水平时，弹性构件115施加压力到关闭孔112的阀构件114上。因此，壳体61能够维持高于大气压力的内压，并且壳体内的气体通过孔112仅从内部流向外部，而不会以相反方向流动。

图7是根据本发明第五实施例的可再充电电池的安全阀组件的横截面图。

参见图7，本发明的盖板42的一侧具有开口43，并且单向阀组件120形成在该开口中。

单向阀组件120包括：与壳体内部连通的孔112，以及形成在外壳121外部、向外部敞开并能够释放气体的出口123。单向阀组件120还包括安装在外壳121内部并关闭孔112的弹性构件125。

根据该实施例，弹性构件125是包括阀构件和弹性构件的整体结构，并用于直接密封孔。弹性构件125可包括诸如橡胶或者硅酮之类的合成树脂，并以压缩状态安装在外壳121中以便通过施加压力来密封孔112。弹性构件125形成为向孔112突出的结构。因此，由于压缩的弹性构件125的末端适于与孔112配合，故其可密封孔112。

此外，出口123形成在外壳121的一边并与外壳121的内部连通。

如果壳体内的内压增加为在弹性构件125上施加压力，则压缩的弹性构件125在孔112和弹性构件125之间产生空间。随后，该空间成为内部气体能够释放到出口123外的通道，以此降低壳体中的内压。

此外，当壳体内的内压回降至预定水平时，弹性构件125恢复并关闭孔112。因此，壳体能够总是维持在高于大气压力的内压，使得气体从壳体的内部流向外部，而不会是沿相反方向流动。

单向阀组件的操作将参考如图2和图4所示的长方盒形电池进行描述。

单向阀组件50被安装到盖板42中以释放气体，从而降低由于在电池工作期间产生的气体所引起的壳体33内压。

壳体33中产生的气体施加压力到密封外壳51的孔52的阀构件54上。阀构件54以相对强于气体压力的压缩弹簧55的压力保持孔52关闭。

然而，如果内部气体压力超出预定水平，则其克服压缩弹簧55的力量并推动阀构件54直到其离开孔52。一旦孔52打开，则壳体33中的气体通过孔52从外壳51漏出。

最后，外壳中的气体通过形成在外壳51中的出口53释放。

如上所述，一旦气体从电池中向外释放，则壳体33的内压降低，从而降低推动阀构件54的气体压力。随后，阀构件54再次用压缩弹簧55的压力密封孔52。因此，单向阀组件50降低电池的内压，同时通过关闭孔52保持电池气密来维持电池的性能。

显然，对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的精神或范围的基础上能够对本发明做出各种修改和变体。因此，本发明试图覆盖在所附权利要求及其等价替换范围内所提供的本发明的修改和变体。

Claims (14)

1.一种可再充电电池，包括：

电极组件，包括正电极、负电极和置于正负电极之间的隔板；

壳体，用于容纳该电极组件；以及

安装在该壳体一侧的单向阀组件；

其中该单向阀组件包括：

外壳，具有与该壳体内部连通的孔及向外部释放气体的出口；以及

弹性构件，设置在该外壳内部，由弹性材料形成为整体结构，并且该弹性构件被压缩，通过发挥密封件和弹簧的功能来密封连通该壳体的孔；

其中该单向阀组件能够仅从内部向外部释放气体。

2.如权利要求1所述的可再充电电池，其中当该可再充电电池的内压高于其外压时，该单向阀组件开启。

3.如权利要求1所述的可再充电电池，其中当该电池的内压高于其外压约0.01atm时，该单向阀组件开启。

4.如权利要求1所述的可再充电电池，其中该弹性构件包括橡胶或弹性树脂。

5.如权利要求1所述的可再充电电池，其中该壳体形成为袋。

6.如权利要求5所述的可再充电电池，其中该外壳包括与该袋内部连通的管，并且其中被安装在该外壳内部的弹性构件关闭该管的末端。

7.如权利要求1所述的可再充电电池，其中该电池是锂离子电池。

8.如权利要求1所述的可再充电电池，其中该电池是锂离子聚合物电池。

9.如权利要求1所述的可再充电电池，其中该电池进一步包括封闭壳体的盖组件，并且其中该单向阀组件位于该盖组件上。

10.如权利要求9所述的可再充电电池，其中所述盖组件包括以气密方式与壳体的开口接合的盖板，并且其中该单向阀组件被安装在该盖板上。

11.如权利要求10所述的可再充电电池，其中所述盖组件包括：

带有向外伸出的外部端子的所述盖板；

使所述盖板与壳体绝缘的垫圈；以及

位于所述盖板之下并在中心具有孔的通气板，并且

该单向阀组件安装在该通气板的中心。

12.如权利要求9所述的可再充电电池，其中该壳体具有圆柱体形状。

13.如权利要求9所述的可再充电电池，其中该壳体具有长方盒形状。

14.一种电动机驱动的设备，包括权利要求1所述的可再充电电池。

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