CN101069301A - 盖组件模块以及具有该盖组件模块的二次电池 - Google Patents

盖组件模块以及具有该盖组件模块的二次电池 Download PDF

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Abstract

本文公开了一种安装到电池单元的盖组件模块，在该电池单元中设置了包括阴极/隔膜/阳极的电极组件，其中通过嵌入射出成型一体形成保护电路板、安全元件、连接端子以及盖外壳，从而制造盖组件模块，而且，当执行嵌入射出成型时，连接端子部分地从盖组件模块的下端表面露出，以使连接端子可以电连接到电池单元的电极端子。根据本发明，在保护电路和电池没有互相连接的状态下，由嵌入射出成型形成盖组件模块。因此，使用通常可用的树脂来进行成型过程，盖组件模块电力稳定，不必需用于防止电短路的涂覆过程，而且消除了对保护电路的电损坏的可能性。

Description

盖组件模块以及具有该盖组件模块的二次电池
技术领域
本发明涉及一种用于二次电池的盖组件模块以及具有该盖组件模块的二次电池，而且，特别地，本发明涉及一种用于二次电池的盖组件模块，该盖组件模块一体形成以使盖组件模块安装到电池单元上，在该电池单元中设置了包括阴极/隔膜/阳极的电极组件，并且，本发明涉及一种通过将盖组件模块联接到电池单元上而制造的二次电池。
背景技术
通常，电池包括：电池单元，其中安装了电极组件；以及盖组件，该盖组件包括保护电路板、连接端子以及盖外壳，在该保护电路板上安装了保护电路芯片。特别地，电池单元包括：电极组件，该电极组件包括阴极/隔膜/阳极；以及壳体，该壳体用于接收电极组件，以使电极组件的电极端子从壳体向外突出，并在其中存储预定量的电解液。保护电路板包括：电路板部件，该电路板部件设置在电池单元的上端，并且在该电路板部件上形成了与电池单元的电极端子电连接的保护电路；以及外部输入和输出端子，所述外部输入和输出端子连接到与电路板相对布置的外部设备(例如，无线端子、膝上型计算机、电动车辆等)上。保护电路板经连接端子、导线和安全元件例如正温度系数(PTC)元件或双金属器件电连接到电池单元。当将元件安装到电池单元的时候，用盖外壳覆盖这些各种元件。
通常，通过将安全元件和连接端子(根据情况可以进一步包括导线)连接到电池单元的预定位置，将保护电路板联接到电池单元，以及用盖外壳覆盖电池单元的外部，来制造二次电池。但是，即使由熟练的工人进行组装过程，上面提到的复杂的组装过程也是耗时的。而且，由于组装过程的多个步骤，二次电池制造期间的缺陷率高；而且由于元件之间的低联接力，二次电池使用期间的缺陷率，尤其当外部冲击施加到二次电池时的缺陷率也高。
为了解决上面提到的问题，已经提出了一种制造二次电池的方法，包括：将电池单元和包括保护电路板的盖组件放置在成型装置中；以及将树脂注入成型装置中。但是，该方法具有下面的问题。
首先，进行制造过程的同时电路工作。结果，当一体固定电池单元和盖组件的元件时，电池单元和盖组件的元件开始接触成型装置，并且因此，发生短路的可能性很高。
第二，当在电池单元和盖组件的元件在成型装置的成型空间中彼此暂时联接的状态下，将上成型单元和下成型单元互相联接时，根据电池单元的大小，尤其电池单元的厚度，将物理压力施加到电池单元，并且因此，电池单元变形的可能性很高。
第三，当在高温和高压下将熔融树脂注入成型装置的成型空间中时，电池单元和盖组件的元件的位置改变了。结果，增加了缺陷产品率。
第四，当电池单元在成型装置中达到高温状态时，会改变电池单元的电池特性，并且电池单元爆炸的可能性高。而且，当在成型装置中将压力施加到组成电池单元的电池壳体时，将压力施加到电池壳体的焊接区域上，在那里通过焊接将电池容器和电池壳体的顶盖互相连接，结果会形成孔。
第五，进行制造过程同时对电池施加电压。由于这个原因，必需形成用于防止输出端子侧发生电短路的涂覆层，这是麻烦的。
为了解决上面提到的问题，将保护电路板和盖外壳一体形成，以便以单个主体的形状形成一些元件。但是，在这种情况下，还需要将安全元件例如正温度系数(PTC)元件、连接端子和导线电连接到电池单元的组装步骤。结果，即使减少了组装步骤的数量，组装过程的效率也非常低。
如上所述，传统的电池制造方法具有很多问题，并且因此，大大增加了解决上述问题的技术的必要性。
发明内容
因此，做出本发明，以解决上述问题以及仍要解决的其它技术问题。
特别地，本发明的第一个目的是提供一种用于二次电池的盖组件模块，该盖组件模块能够创新性地简化电池的制造过程，减少电池制造和使用期间的缺陷产品率，并且实现了容易且方便地处理电池。
本发明的第二个目的是提供一种包括上述盖组件模块的二次电池。
本发明的第三个目的是提供一种使用上述盖组件模块制造二次电池的方法。
根据本发明的一个方面，可以通过提供安装到电池单元上的盖组件模块来实现上面的和其它的目的，在该电池单元中设置了包括阴极/隔膜/阳极的电极组件，其中通过嵌入射出成型一体形成保护电路板、安全元件、连接端子和盖外壳来制造盖组件模块，而且，当执行嵌入射出成型时，连接端子从盖组件模块的下端表面部分地露出，以使连接端子可以电连接到电池单元的电极端子。
本发明的特征之一是在二次电池的组装过程中，可以通过仅将根据本发明的盖组件模块电连接到电池单元的单一组装步骤来制造电池。由于可以在单独的制造过程中，将根据本发明的盖组件模块与盖组件的组成电池的各种元件一体形成，所以这是可能的。因此，与常规的二次电池制造方法相比，该常规的二次电池制造方法需要几个组装步骤将盖组件安装到电池单元，根据本发明的二次电池的制造过程创新性地简化了。而且，盖组件的单独制造使得以高精确度精确定位元件并组装元件是可能的，并且通过将元件与盖外壳一体形成而实现了元件之间的可靠联接。
优选地，保护电路板是印刷电路板(PCB)，在该印刷电路板上印刷了构造成防止过充电和过放电且允许额定电流流动的电路。将安全元件和连接端子联接到保护电路板的一侧表面上，该侧表面面对电池单元，并且保护电路板在其另一侧表面处设置有外部输入和输出端子，所述外部输入和输出端子连接到预定的外部设备(例如，无线端子、膝上型计算机、电动车辆等)。
安全元件是当电池由于电池单元的异常工作或过充电而过热时中断电流的元件。例如，可以使用正温度系数(PTC)元件、双金属器件或保险丝作为安全元件。由于当电池的温度超过预定的温度极限时正温度系数(PTC)元件能够快速中断电流流动，而当电池的温度降低到预定的温度极限以下时正温度系数(PTC)元件能够快速允许电流流动恢复，而且通过使用正温度系数(PTC)元件可以减小电池的尺寸，所以优选使用正温度系数(PTC)元件作为安全元件。
在本发明的优选实施例中，可以在执行嵌入射出成型之前将安全元件安装到保护电路板上作为保护电路芯片。
连接端子用于将保护电路板电连接到电池单元的电极端子。可以将连接端子直接连接到保护电路板。可替换地，可以经安全元件将连接端子连接到保护电路板。在将安全元件作为保护电路芯片以电路方式安装到保护电路板的情况下，将连接端子直接连接到保护电路板，并且将通过连接端子传输的DC电流经保护电路板的安全元件传输到设置在保护电路板另一侧表面处的外部输入和输出端子。
只要通过连接端子实现电连接，就不特别限制连接端子的形状。在本发明的优选实施例中，将连接端子构造成使连接端子的中间部分朝电池单元突出，由此容易实现连接端子和电池单元的电极端子之间的电连接。更优选地，保护电路板设置有通孔，并且与保护电路板一体形成的盖外壳也设置有与保护电路板的通孔对应的通孔，以使当将连接端子联结到保护电路板时，连接端子的突出的中间部分从盖组件模块的上部与所述通孔相连通。在具有上述结构的盖组件模块中，连接端子的突出的中间部分的上表面通过盖外壳的通孔和保护电路板的通孔，从盖组件模块的上部露出。因此，当盖组件模块安装到电池单元时，例如可以通过通孔插入焊接头，并且通过焊接将盖组件模块联结到电池单元。但是，可以通过焊接之外的其它联接方法，实现电池单元和根据本发明的盖组件模块之间的联接，这将在下面描述。
连接端子从盖组件模块的下端表面露出，以使连接端子可以电联接到电池单元的电极端子。
根据情况，可以进一步包括附加的导线，以容易实现连接端子和电池单元的电极端子之间的电联接。这种情况下，可以将这些导线与盖组件模块一体形成。
根据本发明的另一个方面，提供了一种包括上述盖组件模块的二次电池。
根据本发明，在保护电路板和电池没有互相连接的状态下(没有施加电压的状态下)仅通过嵌入射出成型一体形成盖组件。因此，使用通常可用的树脂执行成型过程，盖组件电力稳定，不必需用于防止电短路的涂覆过程，而且消除了对保护电路的电损坏的可能性。因此，当由高温高压的熔融树脂形成盖组件时，以及当由低温低压的熔融树脂形成盖组件时，制造出少量有缺陷产品。尤其，当根据本发明执行嵌入射出成型过程时，可以使用用于低温低压成型的树脂，例如聚酰胺树脂或聚烯烃基树脂，以及用于高温高压成型的树脂，例如聚乙烯树脂或环氧树脂。而且，只要树脂具有电绝缘且不会不利地影响其它元件，就可以使用其它普通树脂。
而且，根据本发明，当二次电池有缺陷时，可以容易地将盖组件模块和电池分离，以使盖组件模块可以再制造。此外，单独制造电池单元和电路部件，因此，提高了生产率。而且，可以通过没有电池单元的成型形成盖组件。因此，有可能防止电池稳定性的降低，这是当在成型装置中与电池单元一起通过成型形成盖组件时，由施加到电池单元上的温度和物理压力造成的。而且，有可能防止在特定尺寸的成型单元中由于电池单元的尺寸误差而出现缺陷产品，在该成型单元中电池单元是固定的。
可以使用锂二次电池或镍金属氢(NiMH)二次电池作为根据本发明的二次电池。优选地，由于锂二次电池具有高输出电压和较长的服务寿命，所以使用锂二次电池作为根据本发明的二次电池。
根据本发明的又一方面，提供了一种使用上述盖组件模块制造二次电池的方法。具体的，该二次电池制造方法包括步骤：将盖组件模块联接到电池单元上，该电池单元具有在其上部形成的电极端子，以使盖组件模块的连接端子与电池单元的电极端子接触。
可以通过各种联接方法，例如，焊接，如点焊或激光焊接；粘合，使用粘合剂进行该粘合；或者接合，通过分别形成在电池单元和盖组件模块的接合部件和接合凹槽进行该接合，来实现电池单元和盖组件模块之间的联接。但是，电池单元和盖组件模块之间的联接不限制于上面具体指定的联接方法。
附图说明
由下面结合附图的详细说明，将更清楚地理解本发明的上面的和其它的目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出了根据本发明优选实施例的二次电池的分解透视图；
图2是示出了联接到图1所示的二次电池的保护电路板的连接端子的透视图；
图3是示出了根据本发明优选实施例的盖组件模块的下表面的透视图；
图4是垂直剖面的正视图，示出了安装在成型装置的成型空间中以制造图3的盖组件模块的图1的盖组件；
图5是图4的垂直剖面的侧视图；
图6是示出了由图4所示的成型装置制造的盖组件模块的俯视图；
图7是图6的后视图；
图8是沿图6的A-A线的垂直剖视图；以及
图9是沿图6的B-B线的垂直剖视图。
<附图主要参考标记的说明>
100：二次电池             200：电池单元
300：盖组件               301：盖组件模块
310、312：连接端子        320：保护电路板
330：盖外壳
具体实施方式
现在，将参考附图详细说明本发明的优选实施例。但是，应该注意的是，本发明的范围不限于示出的实施例。
图1是示出了根据本发明优选实施例的二次电池的分解透视图；以及图2是示出了联接到二次电池的保护电路板的连接端子的透视图。提供这些附图以帮助理解本发明。
首先参照图1，二次电池100包括：电池单元200，在电池单元200中安装了包括阴极/隔膜/阳极的电极组件(未示出)，同时用电解液浸渍电极组件；以及盖组件300。
电池单元200包括矩形容器210，矩形容器210用诸如铝制成。矩形容器210本身用作电极端子(例如，阴极端子)。在电池单元200上端的中间，形成了另一电极端子220(例如，阳极端子)，所述另一电极端子220从电池单元200的上端突出。通常，将电极组件插入到矩形容器210中，矩形容器210的上端开口，然后用顶盖以密封方式覆盖矩形容器210的开口端。随后，通过形成在电池单元200上端的一侧的电解液注入孔240，将电解液喷注入电池单元200中。之后，封闭电解液注入孔240，并且将环氧树脂施加到电池单元200，以便用环氧树脂覆盖电解液注入孔240。结果，以密封的方式制备了电池单元200。联接到矩形容器210的顶盖230与矩形容器210电连接，因此，顶盖230也作为阴极端子，该阴极端子通过绝缘部件250与阳极端子220电隔离。
盖组件300包括用于与阳极端子220和阴极端子230连接的连接端子310和312、保护电路板320、安全元件(未示出)以及盖外壳330。
将连接端子310和312构造成使连接端子310和312的中间部分朝电池单元200突出。分别将连接端子310和312的突出的中间部分联接到电极端子220和230，并且将连接端子310和312的相对端连接到保护电路板320。将第一连接端子310联接到突出的阳极端子220，因此，第一连接端子310的突出的中间部分的长度稍微小于联接到阴极端子230的第二连接端子312的突出的中间部分的长度。
虽然图1中未示出安全元件，但是将安全元件联接到保护电路板320的下端表面。
保护电路板320在其上表面处设置有外部输入和输出端子322和324。而且，保护电路板320在其预定的位置设置有通孔326和328，在该预定的位置处将连接端子310和312联接到保护电路板320。
盖外壳330具有足够的尺寸以覆盖保护电路板320。盖外壳330包括：通孔332和334，通过通孔332和334露出了保护电路板320的外部输入和输出端子322和324；以及通孔336和338，通孔336和338分别对应于保护电路板320的通孔326和328，并且与连接端子310和312的突出的中间部分连通。
参照图2，将连接端子310和312联结到保护电路板320的下端。从图2可以看出，通过通孔326和328露出了保护电路板320。
回来参照图1，当将盖组件300安装到电池单元200上时，通过通孔326、328、336和338插入焊接头(未示出)，以通过焊接分别将连接端子310和312联结到电极端子230和220上，然后用密封盖340密封通孔326、328、336和338。
用底盖400覆盖电池单元200的下端，同时在电池单元200的下端和底盖400之间设置绝缘部件410。在完成了电池100的组装之后，将标签500施加到电池100的外表面。
根据本发明，盖组件300包括盖外壳330、保护电路板320以及连接端子310和312，并且盖组件300通过嵌入射出成型(insert injectionmolding)一体形成。图3是示出了根据本发明的优选实施例一体形成的盖组件模块301的下表面的透视图。
参照图3，用盖外壳330完全覆盖保护电路板和安全元件，因此，无法从外部看到保护电路板和安全元件。只露出了第一连接端子310以及第二连接端子312，第一连接端子310联接到电池单元的阳极端子(未示出)，第二连接端子312联接到电池单元的阴极端子(未示出)。由于电池单元的阳极端子从电池单元的上端突出，因此联接到阳极端子的第一连接端子310，在盖组件模块301中设置得比第二连接端子312更深。而且，第一连接端子310具有开口314，由于阳极端子的尺寸和设置在阳极端子周围的绝缘部件250(见图1)，该开口314的尺寸大。盖组件模块301在其下端表面的一侧设置有凹陷331，凹陷331设在对应于电池单元的电解液注入孔(未示出)的预定的位置。考虑到施加到电池单元的环氧树脂的厚度，使得环氧树脂覆盖电解液注入孔，而形成凹陷331。
图4和5是垂直剖面的正视图以及垂直剖面的侧视图，分别示出了安装在成型装置的成型空间中以制造图3的盖组件模块的图1的盖组件。
参照图4和5，将保护电路板320、连接端子310和312以及安全元件340例如正温度系数(PTC)元件放置在互相分开的上成型单元410和下成型单元420之间的成型空间中，同时保护电路板320、连接端子310和312以及正温度系数(PTC)元件340互相电连接。在上成型单元410和下成型单元420互相联接之后，通过形成在成型装置400一侧的树脂注入孔430，将树脂注入成型装置400中。结果，用盖外壳覆盖保护电路板320、连接端子310和312以及正温度系数(PTC)元件340的外表面。这样，制造了盖组件模块。在保护电路板320的下表面处，除了正温度系数(PTC)元件340还安装了多个保护电路芯片350。
可以在将连接端子310和312和/或正温度系数(PTC)元件340放置在成型装置400的成型空间中之前，将连接端子310和312和/或正温度系数(PTC)元件340牢固地联结到保护电路板320。根据情况，可以将连接端子310和312和/或正温度系数(PTC)元件340临时联结到保护电路板320。
树脂没有施加在连接端子310和312的下端，因此在制造了盖组件模块之后，连接端子310和312从盖组件模块的下端表面露出。
图6到9以俯视图(图6)、后视图(图7)、垂直剖视图(图8)和垂直剖视图(图9)示出了如上所述制造出的盖组件模块301。
参照图6和8，通过盖外壳330的通孔332和334，从盖组件模块301的上端露出了外部输入和输出端子322和324，并且部分露出了联结到保护电路板下端的连接端子310和312。如图9所示，连接端子310的下端也从盖组件模块301的下端表面露出。
回来参照图6和8，再把盖组件模块301安装在电池单元200(见图1)的上端时，焊接头(未示出)经过连接端子310和312的上部开孔360插入，以通过焊接将连接端子310和312联结到电池单元200的电极端子220和230(见图3)。这样，实现了盖组件模块301和电池单元200之间的联接。因此，在根据本发明制造二次电池的方法中，如上所述，通过单个步骤完成了将盖组件300联接到电池单元200，因此，与常规的二次电池制造方法相比，创新性地简化了二次电池的制造过程。
虽然出于示例的目的公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将理解，在不偏离所附的权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种修改、增加和替代。
例如，可以进一步包括附加的导线，来更容易地实现保护电路板320和电池单元200之间的电联接。优选地，可以像其它元件一样，将这些导线一体地包括在盖组件模块301中。
而且，可以通过粘合或接合而不是焊接，实现电池单元200和盖组件模块301之间的联接。例如，分别在电池单元200和盖组件模块301上形成接合部件和接合凹槽，以实现电池单元200和盖组件模块301之间的联接。这种情况下，可以通过机械弹性而不是通过焊接，实现连接端子和电极端子之间的电联接。
工业实用性
从上面的描述显而易见，在保护电路和电池没有互相连接的状态下，即没有施加电压的状态下，通过嵌入射出成型一体形成保护电路板、连接端子、安全元件和盖外壳。因此，使用通常可用的树脂进行成型过程，盖组件模块电力稳定，不需要用于防止电短路的涂覆过程，而且消除了对保护电路的电损坏的可能性。而且，当二次电池有缺陷时，可以容易地将盖组件模块从电池分离，以使盖组件模块可以再制造。此外，单独地制造电池单元和电路部分，并且因此，提高了生产率。而且，可以通过没有电池单元的成型形成盖组件。因此，有可能防止电池稳定性的降低，这是当在成型装置中与电池单元一起通过成型形成盖组件时，由施加到电池单元上的温度和物理压力造成的。而且，有可能防止在特定尺寸的成型单元中由于电池单元的尺寸误差而出现缺陷产品，在该成型单元中电池单元是固定的。

Claims (11)

1.一种安装到电池单元的盖组件模块，在该电池单元中设置了包括阴极/隔膜/阳极的电极组件，其中
通过嵌入射出成型一体形成保护电路板、安全元件、连接端子和盖外壳，从而制造盖组件模块，并且
当执行嵌入射出成型时，连接端子从盖组件模块的下端表面部分地露出，以便可以将连接端子电连接到电池单元的电极端子。
2.根据权利要求1的盖组件模块，
其中保护电路板是印刷电路板(PCB)，在该印刷电路板上印刷了构造成防止过充电和过放电并允许额定电流流动的电路，并且
其中将安全元件和连接端子联接到保护电路板的一侧表面上，该侧表面面对电池单元，并且保护电路板在其另一侧表面处设置有外部输入和输出端子，所述外部输入和输出端子连接到预定的外部装置。
3.根据权利要求1的盖组件模块，其中安全元件是正温度系数(PTC)元件。
4.根据权利要求1的盖组件模块，其中在执行嵌入射出成型之前，将安全元件安装到保护电路板上作为保护电路芯片。
5.根据权利要求1的盖组件模块，其中连接端子构造成为使得连接端子的中间部分朝着电池单元突出。
6.根据权利要求1的盖组件模块，其中保护电路板设置有通孔，并且与保护电路板一体形成的盖外壳也设置有与保护电路板的通孔对应的通孔，以使当将连接端子联结到保护电路板时，连接端子的突出的中间部分从盖组件模块的上部与所述通孔相连通。
7.一种二次电池，包括根据权利要求1的盖组件模块。
8.根据权利要求7的二次电池，其中电池是锂二次电池。
9.一种制造二次电池的方法，包括步骤：
将根据权利要求1的盖组件模块联接到电池单元上，该电池单元具有在其上部处形成的电极端子，以使盖组件模块的连接端子与电池单元的电极端子接触。
10.根据权利要求9的方法，其中通过焊接、粘合或接合，实现电池单元和盖组件模块之间的联接。
11.根据权利要求9的方法，其中保护电路板设置有通孔，并且与保护电路板一体形成的盖外壳也设置有与保护电路板的通孔对应的通孔，以使当将所述盖组件模块的连接端子联结到保护电路板时，连接端子从盖组件模块的上部与所述通孔相连通。
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