CN101150204A - 具有其位置可调节的电极端子和改善的安全性的二次电池 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括安全连接部件的二次电池，以下述结构构成该安全连接部件，其中连接到电池的电极引线的水平连接端子(a)连接到安全元件的一端，以及垂直连接端子(b)连接到安全元件的另一端。由于该安全连接部件，因此可以容易地调节电池的电极引线的位置。而且，由于该安全元件而改善了高温安全性。

Description

具有其位置可调节的电极端子和改善的安全性的二次电池

技术领域

本发明涉及一种具有其位置可调节的电极端子并改善了安全性的二次电池，并且更特别地，涉及一种以下述结构构成的二次电池，其中将安全连接部件连接到电池单元的电极端子上，该安全连接部件具有连接到安全元件的一端的水平连接端子和连接到安全元件的另一端的垂直连接端子，由此通过该安全连接部件容易地调节电池的电极引线的位置。

背景技术

随着移动装置的日益发展，以及随着移动装置的需求的增加，作为用于移动装置的能量源对于电池的需求也急剧增加。而且，已经对满足多种需求的电池进行了很多研究。

根据电池的形状，对于棱柱形二次电池或者袋状二次电池的需求非常高，它们都足够薄可应用于例如移动电话的产品上。根据用于电池的材料，对于具有高能量密度、高放电电压和高输出稳定性的锂二次电池需求非常高，例如锂离子电池和锂离子聚合物电池。

另外，根据具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件的结构，可以对二次电池分类。例如，可以以凝胶辊(卷绕)类型的结构构成电极组件，其中对长片型阴极和阳极进行卷绕，同时将隔板分别插在阴极和阳极之间；可以以堆叠型结构构成电极组件，其中以一个在另一上面的方式连续地堆叠具有预定尺寸的多个阴极和阳极，同时将隔板分别插在阴极和阳极之间，或者以堆叠/折叠型结构构成电极组件，其中以一个在另一上面的方式连续地堆叠具有预定尺寸的多个阴极和阳极，同时将隔板分别插在阴极和阳极之间，以构成双电池(bi-cell)或者全电池(full-cell)，然后卷绕该双电池或者全电池。

近年来，由于制造成本低、重量轻以及形状容易改变，所以已经对以下述结构构成的袋状电池投注了很多的关注，其中所述结构是上述堆叠或者堆叠/折叠型电极组件安装在由铝层叠片构成的袋状电池外壳中。结果，袋状电池的使用逐渐增加。

图1是描述了常规袋状二次电池10的一般结构的分解透视图。

参考图1，袋状二次电池10包括电极组件30、从电极组件30延伸的多个电极抽头40和50、分别焊接到电极抽头40和50的电极引线60和70以及用于容纳电极组件30的电池外壳20。

电极组件30是发电元件，其包括以一个在另一上面的方式连续堆叠的阴极和阳极的，同时隔板分别插在阴极和阳极之间。以堆叠结构或者堆叠/折叠结构构成电极组件30。电极抽头40和50从电极组件30的相应电极板延伸。例如，通过焊接，电极引线60和70电连接到电极抽头40和50，该电极抽头40和50分别从电极组件30的相应电极板延伸。电极引线60和70部分地暴露于电池外壳20之外。电极引线60和70的上下表面部分地连接到绝缘膜80，用于改善电池外壳20和电极引线60和70之间的稳定性，并同时实现了电池外壳20和电极引线60和70之间的电绝缘。

电池外壳20是由铝层叠片构成的。电池外壳20具有限定在其中用于容纳电极组件30的空间。电池外壳20通常形成为袋状。在电极组件30是图1所示的堆叠型电极组件的情况中，电池外壳20的内上端和电极组件30分隔开，使得多个阴极抽头40和多个阳极抽头50可以分别耦合到电极引线60和70。

图2是描述了图1的二次电池的电池外壳的内上端的部分放大图，其中阴极抽头以聚集的状态彼此耦合，并连接到阴极引线，以及图3是描述了组装状态中图1的二次电池的前透视图。

参考这些图，从电极组件30的阴极集流体41延伸的多个阴极抽头40连接到阴极引线60的一端，例如以通过焊接彼此整体组合阴极抽头40而构成焊接束的形式。通过电池外壳20密封阴极引线60，同时将阴极引线60的另一端61暴露到电池外壳20的外部。由于多个阴极抽头40彼此整体地组合在一起以构成焊接束，因此电池外壳20的内上端和电极组件30的上端表面隔开预定的距离，并将以焊接束形式组合的阴极抽头40近似弯曲成V形。

当应用二次电池的应用变化时，有必要以下述结构构成电池单元，其中根据所使用的装置调节电极端子的位置。然而，对于常规的二次电池，必须改变从构成电极组件的电极板延伸的电极抽头的位置，以改变电极端子的位置，电极端子的位置根据要使用的装置的产品规格而受到了限制。

当使用二次电池作为电池模块的单元电池时，另一方面，可以更仔细地考虑电池模块的安全性。一般来说，锂二次电池经受相对较大的体积变化，同时锂离子被吸收到阳极或者从阳极释放锂离子。特别地，在锂二次电池重复充放电的过程中，锂离子二次电池重复地膨胀和收缩。此时，锂二次电池的内阻增大。结果，大大降低了锂二次电池的效率。而且，由于锂二次电池的过度膨胀，因此电池外壳可能分离。结果，电解质可能泄漏，因此锂二次电池可能着火或者爆炸。另外，某些电池单元的着火或者爆炸会导致其余电池单元的连续着火或者爆炸，由此可能导致严重的情况。

因此，非常需要以下述结构构成的新颖的二次电池，在该结构中可以容易地调节电极端子的位置，并具有改善的安全。

发明内容

因此，本发明已经解决了上述问题，并还已经解决了其它技术问题。

作为解决上述问题的多种广泛和深入研究和试验的结果，本发明的发明人已经发现，当将包括PTC元件、双金属片和热熔丝的特定形状的安全连接部件安装到电池单元的电极端子时，可以容易地调节电池单元的相应电极端子的位置，并提供具有显著改善高温安全性的二次电池。已经基于这些发现实现了本发明。

根据本发明的一个方案，通过提供以下述结构构成的二次电池可以实现上述和其它目的，所述结构是，将部件(“安全连接部件”)连接到电池单元的至少一个电极端子，该部件具有连接到安全元件一端的水平连接端子(a)和连接到安全元件另一端的垂直连接端子(b)，所述电池单元具有以密封状态设置在电池外壳中的阴极/隔板/阳极结构的电极组件，因此，由于该安全连接部件，因此可以可变化地形成电池单元的外部输入和输出端子。

特别地，将安全连接部件的水平连接端子(a)连接到二次电池的阴极端子或者阳极端子，并将安全连接部件的垂直连接端子(b)电连接到外部电路。因此，可以将相应的电极端子的位置向右或者向左移动安全连接部件的水平长度。

只要通过提供安全元件来保证二次电池的安全性，那么对于安全连接部件的安全元件没有特别地限制。优选地，安全连接部件的安全元件是从由正温度系数(PTC)元件、双金属片和热熔丝构成的组中选出的至少一种。更优选地，安全连接部件的安全元件是热熔丝。当二次电池过充或者过放电时，二次电池的内电阻随着电池的效率显著降低而增加。另外，由于二次电池充放电过程中产生的热量，因此电池单元可能着火或者爆炸。利用这种结构，所述结构是，将包括热熔丝的安全连接部件安装到根据本发明优选实施例的电池单元的相应的电极端子上，当超过额定容量的电流在电池单元中流动时，所产生的热量会熔化或者切断热熔丝，由此大大改善了电池单元的高温安全性。

安全连接部件的其中一个连接端子电连接到根据本发明的安全元件和电池单元的相应电极端子。为此，安全连接部件的连接端子可以是导电金属板。优选地，安全连接部件的连接端子是具有与电池单元的相应电极端子相同的材料的金属板，以便使由于连接端子和相应电极端子之间的连接处的电阻而产生的热量最小化。

安全连接部件的一端连接到电池单元的相应的电极端子，以及安全连接件的另一端连接到外部电路。为了容易地实现安全连接部件和外部电路之间的连接，可以以下述结构构成安全连接部件，其中连接端子连接到安全元件的各相对端，以及金属板耦合到其中一个连接端子，使得金属板垂直于相应的连接端子。垂直连接的金属板充当电池单元的外部输出和输入端子。

电池外壳可以是具有小厚度和相对较大宽度和长度的二次电池外壳，使得当多个电池外壳以一个在另一个上的方式堆叠以构成电池模块时，电池外壳的总尺寸最小化。在优选实施例中，以下述结构构成电池外壳，其中将电极组件安装在电池外壳中，并且电极端子从电池外壳的上端和/或下端延伸，并由包括树脂层和金属层的层叠片构成。特别地，电池外壳是由铝层叠片构成的袋状外壳，并且是以电极组件安装在电池外壳中的结构构成的。

对于电极组件没有特别地限制，只要电子组件是以下述结构构成的，其中多个电极抽头连接构成阴极和阳极。优选地，以堆叠结构或者堆叠/折叠结构构成电极组件。在韩国未审专利公开No.2001-0082058、No.2001-0082059和No.2001-0082060中公开了堆叠/折叠型电极组件的细节，已经以本专利申请的申请人的名义提交了上述申请。上述专利申请公开的公开内容在这里引入作为参考，如同完全在这里陈述。

电极组件是以下述结构构成的发电元件，其中阴极和阳极以一个在另一上面的方式交替地堆叠，同时隔板分别设置在阴极和阳极之间。以堆叠结构或者以堆叠/折叠结构构成电极组件。特别地，从电极组件延伸的多个电极抽头电连接到相应的电极引线，并且电极引线部分地暴露到电池外壳的外面，以形成电池单元的电极端子。优选地，多个阴极抽头连接到其中一个电极引线，并且多个阳极抽头连接到另一个电极引线。

安全连接部件可以连接到电池单元的至少一个电极端子。优选地，安全连接部件连接到电池单元的电极端子。更优选地，安全连接部件连接到电池单元的阴极端子。

对于电池外壳的形状没有特别的限制。例如，以下述结构构成电池单元，其中电池单元的电极端子以相同的方向或者以不同的方向布置。安全连接部件安装到电池单元上，而不管电池单元的电极端子的位置。

在本发明的优选实施例中，电池单元是具有袋状电池外壳的电池单元，并且以下述构成电池单元：

(i)安全连接部件的水平连接端子(a)连接到电池单元的电极引线(A)，使得朝着电池单元的下部引导安全连接部件的垂直连接端子(b)，

(ii)向下弯曲电池单元的电极引线(A)，使得将安全连接部件旋转180度，

(iii)与电池外壳的主表面相垂直地弯曲袋状电池外壳的密封部分，使得密封部分和电池单元的电极组件容纳部分的外表面紧密接触，以及

(iv)向上垂直地弯曲安全连接部件的垂直连接端子(b)，以形成外部输入和输出端子。

本发明可应用于多种电池，例如本发明优选可应用于通过用含锂的电解质浸渍的电极组件制造的锂二次电池。

根据本发明的另一个方案，提供了一种安装到二次电池的安全连接部件。

将安全连接部件连接到电池单元的至少一个电极端子，该电池单元具有以密封状态设置在电池外壳中的阴极/隔板/阳极结构的电极组件，以形成电池单元的外部输入和输出端子。以下述结构构成安全连接部件，其中水平连接端子(a)连接到安全元件的一端，并且垂直连接端子(b)连接到安全元件的另一端。

可以调节水平连接端子(a)和垂直连接端子(b)之间的距离，并改变水平连接端子(a)和垂直连接端子(b)的形状，由此使用根据本发明的安全连接部件，将电池单元的至少一个电极端子从它的原始位置改变到所需要的位置。

而且，优选使用二次电池制造具有大容量的中等或者大型电池模块或者电池封装。对大容量的范围没有特别限制。

因此，本发明提供了一种包括多个二次电池作为单元电池的中等或者大型电池模块，和具有高输出和大容量的中等或者大型电池封装，其包括至少一个中等或者大型电池模块。

在根据本发明的中等或者大型电池封装中，安全元件固定到构成电池封装的一些或者全部单元电池，由此大大地改善了整个电池封装的安全。

附图说明

从结合附图的下述具体描述，可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和其它优点，其中：

图1是描述了常规袋状二次电池的通常结构的分解透视图；

图2是描述了图1所示的二次电池的电池外壳的内上端的部分放大图，其中阴极抽头以聚集的状态彼此耦合，并连接到阴极引线；

图3是描述了组装状态中的图1的二次电池的前透视图；

图4是描述了根据本发明的第一优选实施例的安全连接部件的前视图；

图5是描述了根据本发明的第二优选实施例的安全连接部件的前视图；

图6到8是描述了将根据本发明的第一优选实施例的安全连接部件安装到电池单元的工艺的前视图；

图9是描述了电池单元的前视图，其中将根据本发明的第一优选实施例的安全连接部件安装到该电池单元；

图10到12是描述了将根据本发明的第二优选实施例的安全连接部件安装到电池单元的工艺的前视图。

具体实施方式

现在，将参考附图具体描述本发明的优选实施例。然而，应当理解的是，本发明的范围不局限于所示出的实施例。

图4是描述了根据本发明的第一优选实施例的安全连接部件100的前视图。

参考图4，安全连接部分100包括充当安全元件的热熔丝1 10、分别连接到热熔丝110的相对端的两个连接端子130，以及耦合到其中一个连接端子130的一个侧表面的金属板140，使得金属板140垂直于相应的连接端子130。

用绝缘膜120涂覆热熔丝110，以避免热熔丝110和电池单元(未示出)之间的短路，其中安全连接部件100将安装到该电池单元。连接端子130是由镍构成的。连接到热熔丝110的相对端的其中一个连接端子130连接到电池单元的电极端子，并将另一个连接端子130耦合到金属板140，该金属板140垂直于相应的连接端子130。例如，通过超声焊接或者点焊，可以实现连接端子130和金属板140之间的耦合。金属板140充当电池单元的外部输入和输出端子，这将在下面具体描述。

图5是典型地描述了根据本发明的第二优选实施例的安全连接部件200的前视图。

参考图5，以下述结构构成安全连接部件200，所述结构是，以与根据本发明的第一优选实施例的安全连接部件100的相同方式，将连接端子230和240连接到热熔丝210的相对端，用绝缘膜220涂覆该熔丝。然而，将其中一个连接端子，也就是连接端子240弯曲成“”的形状，因此，没必要将附加的金属板耦合到连接端子240。

图6到8是描述了将根据本发明的第一优选实施例的安全连接部件安装到电池单元300的工艺的前视图，以及图9是描述了电池单元300的前视图，其中将根据本发明的第一优选实施例的安全连接部件安装到该电池单元300。

首先参考图6，安全连接部件100耦合到电池单元300的上端密封部分330，使得朝着电池单元300的方向引导安全连接部件100的垂直金属板140，并将安全连接部件100的水平连接端子130连接到电池单元300的阴极引线310。此时，通过超声焊接或者点焊，将安全连接部件100的连接端子130耦合到电池单元300的阴极引线310。用附图标记360表示安全连接部件100的连接端子130和电池单元300的阴极引线310之间的接点。随后，将绝缘带340连接到电池单元的上端密封部分330，以便增加安全连接部件100和电池单元300之间的耦合力，并防止在安全连接部件100和电池单元300之间发生短路。为了容易理解，在图6中部分地画出绝缘带340；然而，可以连接绝缘带340以完全覆盖上端密封部分330。

随后，向下弯曲阴极引线310(参见图6)，使得将安全连接部件100旋转180度，并随后使得安全连接部件100和电池单元300的电极组件容纳部分的外表面紧密接触，如图7和8所示。可以通过绝缘带350覆盖接触区。根据情形，可以不在图6的工艺中实现绝缘带340的连接，而可以仅在图7的工艺中实现绝缘带350的连接。而且，如图8所示，可以实现绝缘带340和350的连接，以覆盖上端密封部分330和电池单元300上端的一部分。

在图9中示出安装有根据本发明的安全连接部件的电池单元的形状。如从图9可以看出的，将电池单元的阴极端从它的原始位置移动到所需要的位置，例如，由于安装到电池单元的安全连接部件所以移动到电池的上端的中间区域。而且，由于连接了安全元件所以显著地改善了电池单元的高温安全性。

图10到12是典型地描述了将根据本发明的第二优选实施例的安全连接部件200安装到电池外壳400的工艺的前视图。

首先参考图10，示出了将根据本发明的第二优选实施例的安全连接部件200安装到以下述结构构成的电池单元400的过程，所述结构是，其中电极引线410和420位于电池单元400的上端和下端。

安全连接部件200通过超声焊接或者点焊耦合到电池单元400的上端密封部分430，使得朝着电池单元400的下部引导安全连接部件200的垂直连接端子240，并且安全连接部件200的水平连接端子230连接到位于电池单元400上端的阴极引线410。

随后，朝下弯曲阴极端子410以使得将安全连接部件200旋转180度，并随后使得安全连接部件200和图11和12所示的电池外壳400的上端密封部分430紧密接触。

随后，垂直于电池外壳的主表面地弯曲包括上端密封部分430的电池外壳的密封区域，其中安全连接部件200和该上端密封部分接触，使得安全连接部件200和电池单元400的电极组件容纳部分的外表面完全紧密地接触。

最后，相对于电池单元400，向上弯曲安全连接部件200的垂直连接端子240，并向下弯曲位于电池单元400下端的阳极引线420。在图12中示出了安装安全连接部件200的电池单元400的最终形状。

为了说明的目的尽管已经公开了本发明的优选实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离所附的权利要求所公开的本发明的保护范围和精神的条件下，可以做出多种变形、增加和替代。

从上面的说明书明显可见的是，以下述结构构成了二次电池，其中所述结构是，将包括PTC元件、双金属片和热熔丝的特定形状的安全连接部件安装到电池单元的电极端子上。因此，容易调节电池单元的相应电极端子的位置，并显著地改善了二次电池的高温安全性。

Claims (16)

1.一种二次电池，以下述结构构成，其中部件(“安全连接部件”)连接到电池单元的至少一个电极端子上，该电池单元具有以密封状态设置在电池外壳中的阴极/隔板/阳极结构的电极组件，其中该部件具有连接到安全元件一端的水平连接端子(a)和连接到安全元件另一端的垂直连接端子(b)，由此，由于该安全连接元件，可以可变化地形成电池单元的外部输入和输出端子。

2.根据权利要求1的二次电池，其中该安全连接部件的该安全元件是从由正温度系数(PTC)元件、双金属片和热熔丝构成的组中选出的一种或多种。

3.根据权利要求2的二次电池，其中该安全连接部件的该安全元件是热熔丝。

4.根据权利要求1的二次电池，其中该安全连接部件的该连接端子是金属板。

5.根据权利要求1的二次电池，其中以下述结构构成该安全连接部件，其中连接端子连接到该安全元件的各相对端，以及金属板耦合到其中一个连接端子，使得该金属板垂直于相应的连接端子。

6.根据权利要求1的二次电池，其中该电池外壳是由包括树脂层和金属层的层叠片构成的袋状外壳。

7.根据权利要求1的二次电池，其中该电极组件是堆叠型或堆叠/折叠型电极组件。

8.根据权利要求7的二次电池，其中通过将从该电极组件延伸的多个电极抽头连接到电极引线，而形成了电池单元的电极端子。

9.根据权利要求1的二次电池，其中该安全连接部件连接到该电池单元的一个电极端子。

10.根据权利要求1的二次电池，其中该安全连接部件连接到该电池单元的阴极端子。

11.根据权利要求1的二次电池，其中该电池单元包括两个电极端子，其以相同的方向或者以不同的方向布置。

12.根据权利要求1的二次电池，其中该安全连接部件的水平连接端子(a)连接到电池单元的至少一个电极端子，使得该水平连接端子(a)与电池单元的横向平行，因此该安全连接部件的垂直连接端子(b)以该电池单元的纵向方向突出。

13.根据权利要求1的二次电池，其中该电池单元是具有袋状电池外壳的电池单元，并且其中：

(i)该安全连接部件的水平连接端子(a)连接到该电池单元的电极引线(A)，使得朝着该电池单元的下部引导该安全连接部件的垂直连接端子(b)，

(ii)向下弯曲该电池单元的电极引线(A)，使得将该安全连接部件旋转180度，

(iii)与该电池外壳的主表面相垂直地弯曲袋状电池外壳的密封部分，使得该密封部分和该电池单元的电极组件容纳部分的外表面紧密接触，以及

(iv)向上垂直地弯曲该安全连接部件的垂直连接端子(b)，以形成外部输入和输出端子。

14.根据权利要求1的二次电池，其中该电池是锂二次电池。

15.一种具有高输出和大容量的中型或者大型电池封装，该电池封装包括如权利要求1的二次电池作为单元电池。

16.一种安全连接部件，连接到电池单元的至少一个电极端子以形成该电池单元的外部输入和输出端子，该电池单元具有以密封状态设置在电池外壳中的阴极/隔板/阳极结构的电极组件，其中以下述结构构成该安全连接部件，其中水平连接端子(a)连接到安全元件的一端，并且垂直连接端子(b)连接到安全元件的另一端。

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