CN100474681C - 锂二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂二次电池，其具有形成在垫圈表面的突起或凹陷，它们与安全孔接触，使得电池内部产生的气体和电解质不会泄漏，由此，提高了安全性。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂二次电池，尤其涉及一种具有形成在垫圈表面上的突起或凹陷的圆筒型锂二次电池，该垫圈与安全孔接触，电池内部产生的气体和电解质不会泄漏，由此改善电池的安全性。
本申请要求享有于2005年7月11日向韩国知识产权局申请的韩国专利申请2005-62219号的优先权，该申请的全部内容在此引作参考。
背景技术
本领域普遍公知的是，根据锂二次电池的外形，它们可分为圆筒型锂二次电池和方形锂二次电池。为了改善可靠性，圆筒型锂二次电池具有用于当内压达到临界水平和由于电池过充电或误操作引起的爆炸危险存在时断开电池内部电流和停止反应的盖组件。
参考图1，圆筒型锂二次电池100包括电极组件200、用于容纳电极组件200和电解质的圆柱形壳体300及组装在圆柱形壳体300顶部以密封该壳体并使电极组件200产生的电流流向外部设备的盖组件400。
电极组件200由具有表面涂有正极活性物质的正极集流体的正极板210、表面涂有负极活性物质的负极集流体的负极板220以及设置在正和负电极板210和220之间使得它们彼此间电绝缘的隔板230卷绕成凝胶物卷状(jelly roll)而形成。虽然在附图中没有详细示出，但是，正极板210包括由具有如铝(Al)箔之类的优良电导率的金属箔制造的正极集流体和覆盖在正极集流体两表面上的正极活性物质。在正极板210两端上的正极集流体的预定区域没有涂覆正极活性物质并限定出正极未涂覆区域。正极接片(fab)215被结合于正极未涂覆区域的端部。正极接片215一般由铝(Al)制造，并从电极组件200的顶部突出预定长度。
负极板220包括由如铜(Cu)或镍(Ni)箔之类的具有电导率的金属制成，并且负极活性物质覆盖负极集流体的两表面。在负极板220两端的负极集流体的预定区域没有涂覆负极活性物质并限定出负极未涂覆区域。负极接片225被结合于负极未涂覆区域的端部。负极接片225一般由镍(Ni)制成并且从电极组件200的底部突出预定长度。电极组件200还可以包括分别设置在其底部和顶部的绝缘板241和245，以避免与电极组件200或圆柱形壳体300接触。
圆柱形壳体300包括具有预定直径以限定出用于容纳圆柱形电极组件200的空间的圆柱状侧板310和用于密封圆柱状侧板310底部的下板320。圆柱状侧板310具有敞开的顶部，电极组件200可通过该顶部被插入。电极组件200的负极接片225结合到圆柱形壳体300的下板320的中心，其随后作为负极。圆柱形壳体300一般由铝(Al)、铁(Fe)或它们的合金制成。圆柱形壳体300具有形成在其上端向内弯曲的夹紧部分330，其耦连到壳体300的上部开口，以挤压盖组件400的顶部。以盖组件400同样厚度沿向下方向对与夹紧部分330隔开的圆柱形壳体300的一部分进行压槽以形成卷边部分340，该部分挤压盖组件400的底部。
盖组件400包括安全孔410、断流器420、二次保护机构480和上盖490。安全孔410呈板状，其中心向下突出，并被设置在盖组件400的底部。二次电池内部产生的压力可使安全孔410中心的突起向上变形。将分别从正和负电极板210和220引出的正和负电极接片215和225之一焊接到安全孔410下表面的预定部分，使得安全孔410与电极组件200的正和负电极板210和220中的相应一个电连接。正和负电极板210和220中的另一个通过接片(未示出)与壳体300电连接或直接与壳体电连接。
就传统盖组件而言，通常将垫圈插入到壳体中，再装上安全孔、断流器、二次保护机构和上盖，并将壳体卷边，使得电池内部产生的气体和电解质不会泄漏。然而，这种传统结构存在的问题是，安全孔和垫圈之间的接合状况(attachment condition)可能下降，当电池内压增加时，由于密封不良气体可能从电池内部泄漏。另外，由于例如外部撞击，当电解质渗入到盖组件和垫圈之间或垫圈和盖之间的狭窄缝隙中时，例如因为毛细现象或内聚力电解质可能从电池中泄漏。
发明内容
因此，本发明的目的是克服现有技术中存在的上述和/或其它问题。本发明提供一种锂二次电池，其具有形成在垫圈表面的突起或凹陷，垫圈与安全孔或卷边接触，使得电池内部产生的气体或电解质不会泄漏，由此改善密封性能。
根据本发明的一方面，所示出的锂二次电池包括电极组件；能够容纳电极组件的壳体；处于壳体顶部开口上的盖组件，该盖组件具有安全孔、断流器和耦连到断流器顶部的上盖，安全孔具有从中心向下突出的突起，借助于电池的内部压力使突起向上变形；设置在盖组件和壳体之间以保持密封的垫圈；和形成于垫圈一表面的一部分上的突起和/或凹陷，该部分与安全孔接触
所述突起和/或凹陷可以具有围绕电池旋转中心轴线预定半径的圆形。
可以形成至少两个突起和/或凹陷。
所述突起和/或凹陷可以呈压纹(embossment)形状。
所述突起和/或凹陷的截面形状选自半圆形、矩形和三角形。
锂二次电池还可以包括形成在垫圈下表面一部分上的另外的突起和/或凹陷，所述部分与卷边接触。
根据本发明另一方面，提供的锂二次电池包括电极组件、能够容纳电极组件的壳体、处于壳体顶部开口上的盖组件，该盖组件具有安全孔、断流器和耦连到断流器顶部的上盖，安全孔具有从中心向下突出的突起，借助于电池的内部压力使突起向上变形；设置在盖组件和壳体之间以保持密封的垫圈；和形成在垫圈下表面一部分上的突起和/或凹陷，该部分与卷边接触。
所述突起和/或凹陷具有环绕电池旋转中心轴线预定半径的圆形。
可以形成至少两个突起和/或凹陷。
所述突起和/或凹陷可以呈压纹形状。
所述突起和/或凹陷的截面形状可以选自半圆形、矩形和三角形。
所述垫圈由选自聚乙烯、聚丙烯和/或聚酰亚胺的一种材料制成。
根据本发明又一方面，提供的电池具有盖组件、包括第一端和第二端的容器、以及设置在盖组件和容器第一端之间的垫圈，其中，该垫圈包括至少一个沿垫圈表面的突起、凹陷和/或压纹，使得垫圈和容器之间和/或垫圈和盖组件之间存在的任何气体和/或电解质沿延伸路径移动。
本发明其他方面和/或优点将在随后描述的部分中陈述，并且通过这些描述将更加清晰，或可以从本发明的实施中获知。
附图说明
本发明的这些和/或其它的方面和优点通过下面结合附图对一些实施方式的描述可更明显和更加容易理解。
图1是传统的圆筒型锂二次的电池的截面图；
图2A是根据本发明一种情况的垫圈的截面图；
图2B是根据本发明另一种情况的垫圈的截面图；
图2C是根据本发明又一种情况的垫圈的截面图；
图3A是根据本发明再一种情况的垫圈的截面图；
图3B是根据本发明另一种情况的垫圈的截面图；
图3C是根据本发明的又一种情况的垫圈的截面图；
图4是根据本发明的再一种情况的垫圈的俯视图；
图5是根据本发明另一种情况的垫圈的俯视图；
图6是根据本发明又一种情况的垫圈的截面图；
图7是根据本发明再一种情况的垫圈的截面图。
具体实施方式
现在详细描述本发明的各种情况、附图所示出的一些实例，其中全部附图中，同样的附图标记表示相同的元件。为了对本发明进行说明，以下参考附图对所述方面进行描述。
图2A、2B和2C的截面图示出了本发明不同情况的垫圈。图3A、3B和3C的截面图示出了本发明其它不同情况的垫圈。图4是本发明一种情况的垫圈的俯视图；图5是本发明另一种情况的垫圈的俯视图。图6是根据本发明又一种情况的垫圈的截面图；图7是本发明再一种情况的垫圈的截面图。为了清楚起见，这些附图示出的是卷边之前的垫圈和壳体。
参考图1，圆筒型锂二次电池100包括电极组件200、用于容纳电极组件200和电解质的圆柱形壳体300、及组装在圆柱形壳体300的顶部以密封圆柱形壳体并使通过电极组件200产生的电流流向外部设备的盖组件400。
电极组件200由正电极板210、负电极板220和隔板230卷绕成凝胶物卷而形成，正电极板具有表面覆敷有正极活性物质的正电极集流体，负电极板具有表面覆敷有负极活性物质的负电极集流体，隔板设置在正和负电极板210和220之间，使它们彼此间电绝缘。
圆柱形壳体300包括具有预定直径、以限定出用于容纳圆柱形电极组件200的空间的圆柱状侧板310，和用于密封圆柱状侧板310底部的下板320。圆柱状侧板310具有敞开的顶部，电极组件200可以通过顶部插入。壳体300和电极组件200的圆柱形状在本发明所有情况中不是必需的。因此，可以想到，壳体300可以呈任何形状，只要其能够容纳电极组件200。据此，例如，壳体300和电极组件200可以是柱状(columnar)或也可以是平行六面体形状。
盖组件400包括安全孔410、断流器420、二次保护机构480和上盖490。
参考图2A到图3C，本发明各种情况中的垫圈351-356位于壳体300的卷边部分340上。垫圈351-356具有形成在安全孔410(或指示器)与之固定、接合和/或其他接触的部分上的相应的突起301-303(图2A-2C)或相应的凹陷307-309(图3A-3C)。在所述示出的这些情况中，垫圈(351-356)环状地形成于板310处相应的壳体300的一内侧表面或一些内侧表面。在所述示出的这些情况中，突起301-303形成在相应的垫圈351-356的内表面中。
从横截面观看时，突起301-303可具有如图2A中示出的半圆形形状(或轮廓)、图2B中示出的矩形形状(或轮廓)、或图2C中示出的三角形状(或轮廓)。从横截面观看时，与突起301的情况相同，凹陷307-309可具有图3A中示出的半圆形形状(或轮廓)、图3B中示出的矩形形状(或轮廓)或图3C中示出的三角形状(或轮廓)。当然，突起301-303和凹陷307-309的形状(或轮廓)不限于本发明中提到的那些形状，还可包括其它形状，例如椭圆形、锯齿形和/或波浪形形状或轮廓，而且本领域技术人员也可以作出各种改型。
参考图4，在示出的此种情况中，突起301(和/或同样地对于凹陷307)环状地设置在垫圈351上。因此，在图4示出的情况中，它们呈环绕电池的旋转中心轴线具有预定半径的圆形。虽然这对于所有的情况不是必需的，但是突起301-303(和/或同样地对于凹陷307-309)具有形成在安全孔410与之固定、接合和/或其他的接触的相应垫圈351-356的一表面的两个同心圆的形状。
在本发明各种情况中，至少可以形成两个突起301-303、和/或凹陷307-309、和/或它们的任意组合。
当仅形成突起301-303和/或凹陷307-309之一时，需要改善垫圈305-356中相应的一个与安全孔401之间的固定性能。因此，虽然不必需但优选形成至少两个突起301-303和/或凹陷307。当具有至少两个突起301-303时，在突起301-303之间形成预定宽度的槽。当垫圈354-356相应的一个与安全孔410固定、接合和/或彼此为其他接触时，槽的作用类似于凹陷307-309。这可改善密封特性。凹陷307-309可起使泄漏的电解质流过的通路的作用。因此，与突起301-303的情况相同，虽然在所有的情况下不是必需的，但优选形成至少两个凹陷307-309，使得泄漏的电解质沿延伸通路流动。在本发明其它情况中，形成于突起301-303和/或凹陷307-309之间的槽起收集气体和/或电解质以减少和/或防止气体或电解质漏损的蓄积部分的作用。
参考图5所示的本发明的情况，突起和/或凹陷被设置成压纹304。如图5所示，虽然将压纹304设置成沿两个圆周分布并形式两个环，但并不限于此种布置。例如，可将压纹304设置成之字型，和/或压纹304的数量可以增减，这些都涵盖于本发明的保护范围内。虽然在所有情况中不是必需的，但是，在任何一个垫圈351-357上的任意布置中，可以与任意数量的突起301-303和/或任意数量的凹陷307-309一起形成压纹304。虽然在所有情况中不是必需的，在垫圈351-356之一的表面上的任何地方可以形成任意数量的突起301-303、压纹304和/或凹陷307-309，例如，内表面、朝向远离壳体300的开口的垫圈351-356之一的底部、朝向开口附近的垫圈351-356之一的顶部、垫圈351-356之一的中部，或这些部位的任意组合。
参考图6所示的本发明的情况，突起301和/或凹陷315可以另外地形成在与卷边340接触的垫圈358的下表面的一部分上。在图6所示的本发明的情况中，垫圈358具有形成于安全孔410与之固定、接合和/或其它接触的那部分上的突起301，而凹陷315形成在卷边340与之固定、接合和/或其它接触的另一部分上。
参考图7所示的本发明的情况，突起301-303或凹陷315仅仅形成在与卷边340接触的垫圈359的下表面的部分。如图7所示，优选仅形成凹陷315。可将突起301-303或凹陷315环状地配置于垫圈359上。因此，如图4所示的情况那样，它们被显示为环绕电池旋转中心轴线具有预定半径的圆周。此外，如图5所示的情况那样，可将突起301-303或凹陷315设置为压纹304。虽然在所有情况中不是必需的，但是在垫圈359上的任意布置中，可以与任意数量的突起301-303和任意数量的凹陷315一起形成突起301-303和凹陷315。虽然在所有情况中不是必需的，可在垫圈359的任何表面上的任意部位形成任意数量的突起301-303、压纹304、和/或凹陷315，朝向远离壳体300开口的垫圈359的底部、朝向开口附近的垫圈359的顶部、垫圈359的中部，或这些设置的任意组合。
突起301-303或凹陷307-309、315的截面形状可以是如在各幅附图2A、2B、2C、3A、3B或3C中所示出的那样呈半圆形、矩形和三角形的任一种，但是所述形状并不仅限于本发明讨论过的情况中所示出的那些形状。例如，如椭圆形、锯齿形、和/或波浪形的形状或轮廓也落入本发明的范围内。
任一垫圈351-359可以由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚酰亚胺(PI)、或它们的任意组合之一、和/或任何其它材料制成。
由于聚乙烯的分子排列疏松，其具有低密度(即，重量轻)并有延展性。它具有较低的抗拉强度，但具有很强的抗冲击性能(即，具有良好的可塑性)。因为它仅仅由CH2组成，所以它具有良好的电绝缘性能。从结构式中可以清楚地看出，由于其环绕C链呈对称状，它能够用作高频绝缘材料。
可以通过分解矿物油与乙烯一起获得聚丙烯。聚丙烯具有全同结构，例如，其中甲烷基团沿同一方向均匀排列。它具有高的结晶度，成形后结晶度降低。聚丙烯和聚酰亚胺的电性能与聚乙烯的电性能类似。
以下将描述内部插有本发明的一种情况的垫圈的锂二次电池的工作情况。
当任一垫圈351-359和安全孔410固定、接合、或以其它方式接触到壳体上部开口附近的卷边时，突起301-303和/或凹陷307-309(图2A或3A中所示)被固定、接合、或以其它方式接触到安全孔410的下侧。因为垫圈351-359的任一个上的突起301-303和/或凹陷307-309紧紧地固定、接合或以其它方式接触安全孔410的表面，即使电池内部产生气体并且气体达到垫圈351-359的任一个和安全孔410之间的狭窄间隙时，气体不能再流动。这就可防止气体从电池中泄漏出来。
当电解质达到垫圈351-359的任一个和安全孔410之间的狭窄间隙时，由于电解质分子间的内聚力或毛细现象，电解质沿缝隙逐渐上升。当电解质达到安全孔410的与垫圈351-359的任一个的突起301-303和/或凹陷307-309紧密固定的表面时，电解质不会漏出电池，而沿由于突起301-303或凹陷307-309的存在而延伸的较长的通路流动。
当突起301-303和/或凹陷315(图6或7中所示)形成在与卷边340接触的垫圈358-359任一个的下表面的一部分上时，其描述相同。
如上所述，本发明的锂二次电池的优点在于，其具有形成于垫圈的一个表面和/或一些表面上的突起和/或凹陷，它们与安全孔和/或卷边接触，使得电池内部产生的气体或注入电池的电解质不会泄漏，由此可改善电池的可靠性和密封性能。同时应该理解的是，任何一种电池均在本发明的范围内，而且任何一种电池可包括突起301-303、压纹304、凹陷307-309、315，和/或上述任何其它的结构或元件。
虽然已示出和描述了本发明的几种实施方式，但本领域技术人员可以理解，在不超出本发明的原理和构思的前提下，以及在不超出权利要求所限定的范围及其等同范围的前提下，可以对这些实施方式作出一些改变。
Claims (17)
1.一种锂二次电池，包括：
电极组件；
容纳所述电极组件的容器壳体；
在所述壳体开口上部的盖组件，该盖组件具有安全孔、断流器和耦连到断流器上部的上盖，所述安全孔具有从中心沿第一方向突出的突起，电池的内部压力使所述突起沿相反的第二方向变形；
设置在所述盖组件和壳体之间、以维持密封的垫圈；及
形成于所述垫圈的一表面的一部分上的突起和/或凹陷，该部分与所述安全孔接触，
其中，所述突起和/或凹陷在所述表面上形成槽，以成为收集气体和/或电解质的蓄积部分。
2.如权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述突起和/或凹陷具有环绕所述电池旋转中心轴线预定半径的圆形。
3.如权利要求2所述的锂二次电池，其中，至少形成两个突起和/或凹陷。
4.如权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述突起和/或凹陷具有压纹形状。
5.如权利要求2所述的锂二次电池，其中，所述突起和/或凹陷的截面形状选自半圆形、矩形和三角形。
6.如权利要求1所述的锂二次电池，其中，还包括卷边；其中，在所述垫圈的下表面的一部分上形成有另外的突起和/或凹陷，该部分与所述卷边接触。
7.一种锂二次电池，包括：
电极组件；
容纳所述电极组件的容器壳体，该壳体包括卷边；
在壳体开口上部的盖组件，该盖组件具有安全孔、断流器和耦连到断流器上部的上盖，所述安全孔具有从中心沿第一方向突出的突起，电池的内部压力使所述突起沿相对的第二方向变形；
设置在所述盖组件和壳体之间、以维持密封的垫圈；及
形成于所述垫圈下部表面的一部分上的突起和/或凹陷，该部分与所述卷边接触，
其中，所述突起和/或凹陷在所述表面上形成槽，以成为收集气体和/或电解质的蓄积部分。
8.如权利要求7所述的锂二次电池，其中，所述突起和/或凹陷具有环绕电池旋转中心轴线预定半径的圆形。
9.如权利要求8所述的锂二次电池，其中，至少形成两个突起和/或凹陷。
10.如权利要求7所述的锂二次电池，其中，所述突起和/或凹陷具有压纹形状。
11.如权利要求7所述的锂二次电池，其中，所述突起和/或凹陷的截面形状选自半圆形、矩形和三角形。
12.如权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述垫圈由选自聚乙烯、聚丙烯和聚酰亚胺的一种材料制成。
13.如权利要求7所述的锂二次电池，其中，所述垫圈由选自聚乙烯、聚丙烯和聚酰亚胺的一种材料制成。
14.一种电池，包括：
盖组件；
包括第一端部和第二端部的容器；及
设置在所述盖组件和所述容器的第一端部之间的垫圈，其中，该垫圈包括至少一个沿所述垫圈的一表面的突起、凹陷、和/或压纹，使存在于所述垫圈和容器之间和/或所述垫圈和所述盖组件之间的气体和/或电解质沿延伸的通路流动，
其中，所述突起和/或凹陷在所述表面上形成槽，以成为收集气体和/或电解质的蓄积部分。
15.如权利要求14所述的电池，其中，所述突起和/或凹陷的截面形状选自半圆形、矩形和三角形。
16.如权利要求14所述的电池，其中，所述垫圈由选自聚乙烯、聚丙烯和聚酰亚胺的一种材料制成。
17.如权利要求14所述的电池，其中，所述至少一突起、凹陷、和/或压纹使所述垫圈与所述容器和/或使所述垫圈与所述盖组件紧密地固定或接合。
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