CN100418262C

CN100418262C - 二次电池

Info

Publication number: CN100418262C
Application number: CNB2004100838602A
Authority: CN
Inventors: 尹喜相
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2003-10-24
Filing date: 2004-10-20
Publication date: 2008-09-10
Anticipated expiration: 2024-10-20
Also published as: JP4231834B2; US7550227B2; KR100551887B1; US20050089753A1; JP2005129528A; CN1612400A; KR20050039387A

Abstract

本发明提供一种二次电池组。该二次电池组包括裸电池、与裸电池连接的电池元件、填充在裸电池和电池元件之间形成的间隙内以将裸电池与电池元件固定地耦合在一起的成型树脂区、和装在裸电池上并从裸电池与成型树脂区间的边界面向成型树脂区突出的突起，突起与支架耦合。其中裸电池包括具有阳极、阴极和隔板的电极组件、用于容纳电极组件和电解质的容器型壳、和用于盖住壳开口部分的盖组件。当通过使用成型树脂制作电池组时，能防止电池组因施加到电池组上的外部扭曲力或外部弯曲力而变形。由于在盖板上形成突起和支架与突起耦合，因此能防止电池组因施加到电池组上的外力而扭曲或弯曲。

Description

二次电池

相关申请

本申请要求2003年10月24日在韩国知识产权局递交的、韩国专利申请号为10-2003-0074844的专利的优先权和权益，其全文内容用于本申请的参考。

技术领域

本发明涉及二次电池(secondary battery)，特别涉及包括裸电池和通过涂敷成型树脂到裸电池而与其电连接的保护电路模块的二次电池组，其中裸电池具有电极组件、壳和盖组件。

背景技术

二次电池是可再充电的电池，可以制成小尺寸大容量。由于二次电池的这些特点，目前已进行了研究和调查以提升二次电池。在二次电池中，最近已研制并使用了Ni-MH(Nickel Metal Hydride)电池、Li电池和Li离子电池。

通常，二次电池的裸电池可按照如下步骤制作：将具有阳极、阴极和隔板的电极组件放在由铝或铝合金制成的壳内，通过使用盖组件密封壳，并向壳内注入电解质。尽管可使用铁材料制作壳，但也可以使用铝或铝合金制作壳，因为铝或铝合金能使二次电池质量轻，而且即使在高电压下长期使用二次电池也不会导致壳消蚀。

密封的裸电池与安全装置(如PTC(正温度系数)元件、热熔丝和PCM(保护电路模块))或电池元件连接，并独立为一组。另外，当裸电池与PCM和电池元件连接时，将成型树脂填充到在裸电池和PCM或电池元件之间形成的间隙内，从而裸电池与PCM和电池元件形成为整体，这样就形成了电池组。

安全装置通过称为“导线板”的导电结构连接到裸电池的阳极端子和阴极端子。当电池电压由于电池的高温或电池的过充电/过放电而突然升高时，安全装置切断施加于电池的电流，从而防止电池被损坏。

图1为常规锂电池组在涂敷成型树脂前的展开透视图，图2为用成型树脂装配的常规锂电池组的透视图。

参考图1和2，保护电路模块30与锂电池组的裸电池10平行排列形成有阳极和阴极端子11、12。另外，成型树脂被填充到在裸电池10和保护电路模块30之间形成的间隙内。尽管在间隙中填充成型树脂时可将成型树脂涂敷到保护电路模块30的外表面上，但电池的外部输入/输出端子31、32必须暴露在外面。

阳极端子11和阴极端子12排列在与保护电路模块30平行的裸电池10的一个表面上。阳极端子11可形成为由铝或铝合金制成的盖板13的一部分，或形成为与盖板13耦合在一起的含镍金属板。阴极端子12从盖板13突出，并通过环绕阴极端子12排列的绝缘垫圈与盖板13绝缘。

保护电路模块30包括由树脂制成的面板和在面板上形成的电路。外部输入/输出端子31、32在保护电路模块30的外表面上形成。保护电路模块30具有与裸电池10的形成盖板13的相应表面相同的形状和尺寸。

在保护电路模块30的内表面装有电路段35和连接端子36、37。电路段35包括用于防止电池过充电或过放电的保护电路。电路段35通过穿过保护电路模块30延伸的导电结构与外部输入/输出端子31、32电连接。

连接引线41、42和绝缘板43排列在裸电池10和保护电路模块30之间。连接引线41、42通常由镍制成，并与盖板13和保护电路模块30的连接端子36、37电连接。连接引线41、42具有L形或平面结构。另外，连接引线41、42可通过电阻点焊连接到端子11、12、36、37上。在图1和2中，还在保护电路模块和阴极端子之间提供的连接引线42上装有断路器。在这种情况下，断路器不在保护电路模块的电路段35上形成。提供绝缘板43以便在与阴极端子12连接的连接引线42和用作阳极的盖板之间绝缘。

但是，当通过使用成型树脂装配裸电池10与保护电路模块30和电池元件制作电池组1时，如果向用于将保护电路模块30和电池元件与裸电池10固定耦合一起的成型树脂区20施加外力，因为由不同于裸电池10包括盖板13和金属质壳的软质材料制成的成型树脂区20只与裸电池10的一小部分接触，则其可能容易地扭曲或弯曲。

图3为由于施加到常规电池组的外力而从裸电池扭曲的成型区20的透视图。

参考图1至3，如果成型区20从裸电池10扭曲超过一定的角度，则通过裸电池10的阳极和阴极端子11、12、连接引线41、42以及保护电路板30的输入/输出端子31、32形成的电连接线路可能出现问题，并且电池的安全装置变得不起作用，即使成型树脂区20未被完全地破坏。

与由施加到电池组的外力引起的电池组在图3中箭头所示方向上的扭曲相比，如果连接引线41、42具有平面结构，则常规的电池组没有垂直于盖板表面突出的任何突起以便在成型树脂区20相对于裸电池10扭曲或滑移时防止电池组变形。另外，即使连接引线41、42与连接端子36、37具有L形结构从而连接引线41、42与连接端子36、37的焊接部位可能从盖板表面突出，但由于突出盖板表面的焊接部位不是用于加强电池组的机械强度，而是仅仅在盖板表面的一定部位上用于电连接，因此焊接部位不能用作抵抗导致电池组扭曲或弯曲的外力的支持物。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种二次电池，其具有能在通过向电池组涂敷成型树脂制作电池组时防止裸电池和成型树脂区因电池组弯曲或扭曲而损坏或变形的结构。

所述的二次电池，包括裸电池、与裸电池连接的电池元件、填充在裸电池和电池元件之间形成的间隙内以将裸电池与电池元件固定地耦合一起的成型树脂区、和装在裸电池上并从裸电池与成型树脂区间的边界面向成型树脂区突出的突起。在一个实施例中，突起与支架耦合。其中裸电池包括具有阳极、阴极和隔板的电极组件、用于容纳电极组件和电解质的容器型壳、和用于盖住壳开口部分的盖组件。

另外，突起与盖组件可以形成为整体，以增强突起和盖组件间的耦合强度。如果突起和盖组件间的耦合强度被增强，则当外部扭曲力或外部弯曲力施加到电池组上时，突起可对成型树脂区变形呈现较大的抵抗力。

由于盖板作为盖组件的主体形成，突起与盖板形成为整体，这样，盖通过成型工序形成。

根据本发明的一个实施例，将支架与形成在电池组裸电池上的突起耦合在一起或焊接到其上。当支架与突起耦合在一起时，支架具有比突起厚度更大的厚度，从而盖组件的端部可具有比突起厚度更大的高度。

在与连接到裸电池的连接导线相对的部位形成突起用于裸电池和保护电路模块间的电连接，并且连接导线的至少一部分垂直于边界面排列。

壳由铁材料或金属材料制成。根据本发明的优选实施方式，壳由铝或铝合金制成。

附图说明

图1为常规锂电池组在用成型树脂装配电池组前的部分展开透视图；

图2为用成型树脂装配的常规锂电池组的透视图；

图3为由于施加其上的外力而扭曲的常规电池组的透视图；

图4为根据本发明的示例性实施方式的锂电池组的展开透视图，其中支架耦合到裸电池的突起上并省略了成型树脂区；

图5为根据本发明的示例性实施方式的二次电池在保护电路模块连接到裸电池前的展开透视图；和

图6a和6b为根据本发明示例性实施方式的二次电池的部分透视图，显示了突起和与突起耦合的支架。

具体实施方式

参考图4，锂电池组包括裸电池，该裸电池包括壳211、放在壳中的电极组件212、和耦合到壳开口上端以密封壳上端的盖组件。

电极组件212包括薄板或薄膜形式的阳极213、隔板214和阴极215，它们以螺旋形式卷绕。

阳极213包括由具有优良导电性的薄金属板如铝箔制成的阳极集电极和具有锂类氧化物作为主要成分并涂敷到阳极两侧的阳极活性材料。阳极导线216与阳极213的阳极集电极的未形成阳极活性材料的预定区域电连接。

阴极215包括由具有优良导电性的薄金属板如铜箔制成的阴极集电极和具有碳类材料作为主要成分并涂敷到阴极215两侧的阴极活性材料。阴极导线217与阴极215的阴极集电极的未形成阴极活性材料的预定区域电连接。

阳极213和阴极215可具有分别与阳极导线216和阴极导线217的极性相反的极性。另外，在对应于电极组件212端部的阳极导线216和阴极导线217的周围缠绕绝缘带218，以防止阳极213和阴极215之间发生短路。

隔板214由聚乙烯、聚丙烯或聚乙烯和聚丙烯的共聚物制成。隔板214具有比阳极213或阴极215的宽度大的宽度以防止阳极和阴极之间发生短路。

通过使用铝或铝合金以六面体形状制作方形壳211。通过壳的开口上端将电极组件212放在壳211中。也就是说，壳211用作容纳电极组件212和电解质的容器。壳211可用作端子。但是，根据本实施例，盖组件的盖板110可取代壳211用作阳极端子。

盖组件具有尺寸和形状与壳211开口上端的尺寸和形状相对应的平面盖板110。盖板110在其中心部分形成有穿孔111，于是电极端子130可穿过穿孔111。在穿过盖板110中心部分的电极端子130的外部装有管状垫圈120以使电极端子130与盖板110电绝缘。绝缘板140位于盖板110的下面，在形成于盖板110中心部分的穿孔111附近。端子板150安装在绝缘板140的下面。

电极端子130穿过垫圈120被插入到穿孔111内。电极端子130的下部与端子板150通过在中间插入绝缘板140电连接。

将折叠成斜线状的从阳极213引出的阳极导线216焊接到盖板110的下底面上和折叠成斜线状的从阴极215引出的阴极导线217焊接到电极端子130的下底面上。

电极组件212在其上顶面上具有绝缘盒190用于在盖住电极组件212上端的同时使电极组件212同盖组件绝缘。绝缘盒190由具有优良绝缘性能的高聚物树脂如聚丙烯制成。绝缘盒190在其中心形成有导线孔191，于是形成于电极组件212中心部分的阴极导线217能穿过导线孔191。另外，在绝缘盒190的一侧形成电解质孔192。根据本发明的另一实施方式，不能在绝缘盒190中形成电解质孔192，可在导线孔191旁边形成阳极导线216用的第二个导线孔。

在盖板110的一侧形成电解质注入孔112。在电解质注入孔112中安装塞子160以在电解质被注入到壳内后密封电解质注入孔112。塞子160包括由铝或铝合金制成并能被相配地机械压入到电解质注入孔112中的球形元件。在这种状态下，为了密封电解质注入孔112将塞子160焊接到盖板110上。为了使塞子160被容易地焊接到盖板110上，塞子160由与盖板110的材料相同的材料制成。

为了将盖组件与壳211固定地耦合，盖板110的外围部分被焊接到壳211的侧壁上。在将盖组件与壳211耦合到一起后，形成开口的壳211的上端向内弯曲，从而在盖板110上面形成凸缘。

在图4中，430代表绝缘板，311和321代表输入/输出端子。

参考图4和5，导线板410装在盖板110的上部，并具有彼此平行排列的侧壁和使侧壁下部彼此连接的底板。导线板410形成有与塞子160相对应的孔或者凹槽，并被焊接到塞子160的外围部分。尽管导线板410用于电连接，但导线板的侧壁被卡到在导线板410和成型树脂区之间边界处的成型树脂区中，从而将成型树脂区固定地紧固到裸电池上。导线板410具有“[”形侧壁或“L”形侧壁。

在一个实施例中，导线板410由镍、镍合金或涂镍的不锈钢制成。通常，导线板410具有约0.05至0.5mm的厚度。导线板410的厚度与壳211的厚度和焊接工作有关。如果导线板410很厚，则通过将树脂填充到保护电路模块300和用盖组件密封的壳211之间形成的间隙内而制作的电池组则表现出对导致电池组扭曲或弯曲的外力的良好抵抗力。

由于盖板110由具有优良的热导率和低电阻的铝或铝合金制成，因此对盖板110进行激光焊接来取代电阻焊接。以这样的方式将导线板410焊接到盖板110上，即在导线板和盖板之间形成厚度为约0.1至0.5mm的焊接部分，并与盖板的厚度和材料以及导线板410的材料相匹配。但是，如果盖板110和导线板410很厚，则可增加焊接部分的厚度以便增强导线板410和盖板110之间的焊接强度。

焊接部分可以形成各种形状，这取决于要焊接板的形状和面积。例如，焊接部分具有直线结构、圆形结构、具有多条彼此平行的线的线性结构、

形结构或“[”形结构。

图6a和6b为根据本发明示例性实施方式的二次电池的部分透视图，显示了突起310和与突起耦合的支架320。

参考图4至6，为本发明主要元件的突起310形成在电极端子130周围与导线板410相对的盖板110的上表面上。突起310具有矩形柱形状。必须增强突起310和盖板110间的耦合强度以便使突起310用作抵抗外力的支持物。因此，突起310由与盖板110的材料基本相似或者相同的材料制成并与盖板110形成整体。如果与盖板110分开制作突起310，则突起310可由能使突起310以足够焊接强度焊接到盖板110上的材料制成。

支架320与突起310耦合。支架320在其中心部分形成有突起310能被相配地压入的孔。因此，即使向支架320的侧部施加外力，支架320也不会容易地与突起310分离。可通过施加力到支架320上使支架320与突起310耦合。但是，为了增强突起310和支架320之间的耦合力，可以将支架320焊接到突起310上。如果将支架320焊接到突起310上，则可以用与突起310的材料相同或基本相似的材料制作支架320。

支撑孔或者凹槽可只在支架320的底面上形成。但是，如果支架320具有如图5所示的贯穿孔，则可在支架320的贯穿孔中填充成型树脂，从而可提高支架320和裸电池10间的机械耦合力。支架320具有比形成于盖板110上的突起310的厚度更大的厚度。在这种情况下，即使由于盖板110的结构问题而突起310制作薄了，由于支架310安装在盖板110上，结构的高度也不会降低。因此，当外部扭曲力施加到电池组上时，能阻止成型树脂区沿着薄突起310滑动，不会轻易地同裸电池分离。

类似于突起310和支架320之间的关系，排列在盖组件中心并从盖板110突出的电极端子130可装有接头(未示出)。接头将具有较高的导电性。由于接头位于盖板110的中心，因此接头可用作抵抗外部弯曲力的支持物，即使接头具有对外部扭曲力的低抵抗力。

在电池上焊接有导线板410的电池中安装独立制作的断路器420、装备有保护电路的保护电路模块300和电池元件。此时，导线板410连接到作为阳极的保护电路模块300的阳极连接端子360上，电极端子130或通过与电极端子130连接的断路器420的一端连接到作为阴极的保护电路模块300的阳极连接端子370。电极结构或极性可依据实施方式而改变。具有保护电路模块300和电池元件的电池可被容纳在独立的外壳(未示出)内。另外，可通过热熔工序将低温成型树脂填充在保护电路模块300和盖板110之间形成的间隙内，另外，实施树脂涂敷工序以制作电池组。

根据本发明的实施例，当通过使用成型树脂制作电池组时，能防止电池组因施加到电池组上的外部扭曲力或外部弯曲力而变形。

另外，由于在盖板上形成突起和支架与突起耦合，因此能防止电池组因施加到电池组上的外力而扭曲或弯曲。

Claims

1. 一种二次电池，包括：

裸电池，该裸电池包括具有阳极、阴极和隔板的电极组件、用于容纳电极组件和电解质的容器型壳、和用于盖住壳开口部分的盖组件；

与裸电池连接的电池元件；

填充在裸电池和电池元件之间形成的间隙内以将裸电池与电池元件固定耦合在一起的成型树脂区；和

装在裸电池上并从裸电池与成型树脂区间的边界面向成型树脂区突出的突起，该突起与该盖组件形成为整体。

2. 如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，通过成型工序使突起与盖组件形成为整体。

3. 如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，还包括与突起耦合的支架。

4. 如权利要求3所述的二次电池，其特征在于，支架被焊接到突起上。

5. 如权利要求3所述的二次电池，其特征在于，支架由与突起的材料相同的材料制成。

6. 如权利要求3所述的二次电池，其特征在于，在盖组件的一端提供从盖组件和成型树脂区之间的边界面向成型树脂区突出的导线板用于电连接，并在导线板的另一端部形成突起。

7. 如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，在形成于盖组件中心的电极端子上连接导电接头。

8. 如权利要求1所述的二次电池，其特征在于，壳由铝合金制成。

9. 一种二次电池组，包括：

一电极组件，包括阳极、阴极和隔板，安装在具有电解质的容器型壳内；

一保护电路模块，具有一连接到正极的外部阳极和一连接到负极的外部阴极；

一盖组件，位于该保护电路模块和该电极组件之间，用于盖住容器型壳的开口部分，该盖组件具有一形成于该盖组件与该保护电路模块之间的突起，该突起与该盖组件形成为整体；

其中，成型树脂填充在该盖组件与该保护电路模块之间形成的间隙内，以包围该突起，从而阻止该保护电路模块和该壳之间的扭曲变形。

10. 如权利要求9所述的二次电池组，其特征在于，该正极、负极和该隔板为以螺旋形式卷绕的薄板或者薄膜。

11. 如权利要求9所述的二次电池组，其特征在于，该阳极通过耦合到该盖组件的该导线板连接到外部正极，以及，该阴极通过一电绝缘穿过该盖组件的电极端子连接到外部负极。

12. 如权利要求9所述的二次电池组，其特征在于，该盖组件包括一电解质注入孔，用于向壳内注入电解质。

13. 如权利要求11所述的二次电池组，其特征在于，该导线板具有彼此平行排列的侧壁，该导线板的该侧壁侵没在成型树脂中，用于阻止该保护电路模块和该壳之间的扭曲变形。