CN101150205A - 改进了安全性的袋状二次电池 - Google Patents

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Abstract

这里公开了一种以下述结构构成的二次电池，其中将具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件安装在片状电池外壳中，该电池外壳具有限定在其中的容纳部分，通过热焊接密封片状电池外壳，并通过热焊接沿着容纳部分的边缘整体地形成密封部分。垂直弯曲密封部分，使得密封部分和容纳部分的侧壁紧密接触。阴极和阳极端子分别设置在容纳部分周围的两个不同密封部分上。当向二次电池施加外力时，改善了二次电池的安全性，并有效避免了短路的发生。

Description

改进了安全性的袋状二次电池
技术领域
本发明涉及一种改进了安全性的袋状二次电池，更具体地，涉及一种以下述结构构成的二次电池，其中将具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件安装在片状电池外壳中，该电池外壳具有限定在其中的容纳部分，通过热焊接密封该片状电池外壳，并通过热焊接沿着容纳部分的边缘整体地形成密封部分，其中密封部分是垂直弯曲的，使得密封部分和容纳部分的侧壁紧密接触，且第二电池包括分别设置在容纳部分周围的两个不同密封部分处的阴极和阳极端子。
背景技术
随着移动装置的日益发展，对于这种移动装置的需求增加了，作为移动装置的电源，对于二次电池的需求也急剧增加。其中，锂二次电池具有高能量密度和高放电电压，已经对其进行了很多的研究并正被商业上广泛使用。
基于其外观，锂二次电池可以分为圆柱型电池、棱柱电池或者袋状电池。对于移动装置的小型化的新趋势使得对于具有小厚度的棱柱电池或者袋状电池的需求增长了。尤其是，由于可以容易地改变电池的形式，电池的制造成本低，并且电池的重量小，所以袋状电池受到相当大的关注。
一般来说，以下述结构构成袋状二次电池，其中电极组件包括阴极、阳极和分别设置在阴极和阳极之间的隔板，将该电极组件以密封状态安装在袋状电池外壳中，同时两根电极引线在电池外壳的一端处部分地露出到电池外壳的外部，该电极引线电连接到从电极组件延伸的阴极和阳极抽头。
然而，以下述结构构成袋状电池，其中具有大约113μm厚度的电池外壳包括由定向尼龙膜(ONy)构成的外涂层、铝构成的阻挡层和由浇注聚丙烯(CPP)构成的内密封层。结果，当向袋状电池施加物理冲击或者尖端物体按压袋状电池时，很容易损坏袋状电池，因此袋状电池可能着火或者爆炸。为了解决这种问题，因此，存在通常使用增加电池外壳厚度或者使用附加部件的技术，例如由具有高机械强度的材料构成的外壳。然而，电池外壳厚度的增加或者附加部件的使用增加了袋状电池的体积并使制造袋状电池的工艺变得复杂。
因此，本发明提出了一种技术，用于使电池外壳的密封部分变形以改善电池外壳对施加到电池外壳上冲击的安全性，而不会增加电池的体积和影响制造电池的工艺。
关于这一点，日本专利申请公开号2005-116278公开了一种技术，用于在设置电池外壳的电极组件容纳部分的方向上卷绕电池外壳的密封部分，使得电池外壳的密封部分和电池外壳的电极组件容纳部分紧密接触。这种技术避免了电解质从电池外壳泄漏的问题。然而，这种技术具有的问题是，在卷绕的密封部分和电极组件容纳部分之间的电池外壳可能受到削弱并由此受到损坏。
而且，日本专利注册号3527858公开了一种技术，用于弯曲沿着电池外壳的电极组件容纳部分的边缘形成的密封部分和通过塑料变形弯曲各个密封部分的端部。在该公开的技术中，电极端子在电池外壳的一端以相同的方向突出。然而，这种技术具有的问题是很难将电极端子连接到相应的电极抽头，并且当向电池外壳施加外力时可能会出现短路。另外，由于密封部分因塑料变形而弯曲和变形，所以由叠片构成并通过热焊接形成的密封部分由于机械强度的原因可能会导致过度变形，并可能降低密封部分的耦合力，并使制造工艺复杂。
发明内容
因此，本发明已经致力于解决上述问题和还要解决的其它技术问题。
作为解决上述问题的多种深入和广泛的研究以及试验结果，本发明的发明人已经发现，在以下述结构构成的二次电池中，其中将具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件安装在片状电池外壳中，该电池外壳具有限定在其中的容纳部分，通过热焊接密封片状电池外壳，并通过热焊接沿着容纳部分的边缘整体地形成密封部分，当密封部分垂直弯曲时，使得密封部分和容纳部分的侧壁紧密接触，电池外壳的安全性得到改善，并且当阴极和阳极端子设置在容纳部分周围的两个相对密封部分时，有效地避免了短路的发生。已经基于这些发现完成了本发明。
根据本发明的一个方案，可以通过提供以下述结构形成的二次电池实现上述和其它目的，其中将具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件安装在片状电池外壳中，该电池外壳具有限定在其中的容纳部分，通过热焊接密封该片状电池外壳，并通过热焊接沿着容纳部分的边缘整体地形成密封部分，其中密封部分是垂直弯曲的，使得密封部分和容纳部分的侧壁紧密接触，并且二次电池包括电极端子，也就是分别设置在容纳部分周围的两个不同密封部分处的阴极和阳极。
在根据本发明的二次电池中，沿着容纳部分的整个边缘形成密封部分，并弯曲密封部分，使得密封部分和容纳部分的侧壁紧密接触。因此，改善了形成二次电池外观的电池外壳的强度。另外，将电极端子设置在两个不同密封部分处。因此，有效地避免了短路的发生。
根据本发明，片状电池外壳是由包括树脂层和金属层的叠片构成的。优选地，将片状电池外壳应用到具有电极组件的二次电池中，其中该电极组件安装在由铝堆叠片构成的袋状电池外壳中。
如上所述，电极端子设置在容纳部分周围的两个不同密封部分上。换句话说，不将电极端子设置在相同的密封部分上。在这种情况中，可以以对称或者不对称的方式将电极端子设置在容纳部分周围的相应的密封部分处。例如，可以以对称方式设置电极端子，其中在穿过彼此相对的密封部分的中间的中轴上，或者从与中轴平行的多个轴选出的任意一个轴上，将电极端子设置在容纳部分周围彼此相对的两个密封部分上。可选择地，可以以不对称的方式设置电极端子，其中在如下两个不同的轴上，将电极端子设置在容纳部分周围彼此相对的两个密封部分上，所述两个不同的轴是从与中轴平行的多个轴选出的，其中所述中轴穿过该相对的密封部分的中间。根据情况，可以在相邻密封部分上设置电极端子。
特别地限制了电极组件，只要以下述结构构成电极组件，所述结构包括阴极、阳极和分别设置在阴极和阳极之间的隔板。例如，可以以折叠、堆叠或者堆叠/折叠结构构成该电极组件。在韩国专利申请公开号2001-0082058、2001-0082059、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。
在优选实施例中，以下述结构构成电极组件，其中多个阴极、阳极和隔板顺序地彼此堆叠。特别地，通过可以以板型六面结构大体构成电极组件。在这种情况中，电池外壳可以包括对应于电极组件的六面容纳部分和沿着容纳部分的边缘形成的密封部分，使得以矩形结构设置密封部分，其中在该电池外壳中以密封状态安装电极组件。可以将以矩形结构设置的密封部分之间的交叉斜切成预定的尺寸，使得容易地弯曲密封部分，由此使得密封部分和容纳部分的侧壁紧密接触。
在根据优选实施例的结构中，二次电池还包括：至少一个保护电路部分，在将保护电路部分稳定地设置在容纳部分的侧壁上的方向上，将该保护电路部分安装到垂直弯曲的密封部分，其中该密封部分设置有电极端子。更特别地，可以与容纳部分的侧壁紧密接触地将保护电路部分安装到相应的密封部分，同时将保护电路部分电连接到相应的电极端子。此时，可以将保护电路部分安装到相应的密封部分，同时保护电路部分和容纳部分的侧壁平行，由此更稳定地安装保护电路部分。利用这种结构，根据本发明的二次电池具有这样的优点，使得由于安装保护电路部分导致的二次电池体积的增大最小。
在上述结构中，可以将保护电路部分安装到阴极端子侧密封部分和/或阳极端子侧密封部分。优选地，将两个保护电路部分分别安装到阴极端子侧密封部分和阳极端子侧密封部分。
在根据另一个优选实施例的结构中，二次电池还包括形成在上电池外壳和/或下电池外壳上的至少一个额外部分，使得额外部分从和阴极或者阳极端子侧密封部分相邻的对应侧密封部分延伸，额外部分具有对应于容纳部分宽度的尺寸。在这种情况中，当对应密封部分垂直弯曲时，额外部分覆盖容纳部分的上表面或者下表面，使得密封部分和容纳部分的侧壁紧密接触，例如，当容纳表面的上表面被额外部分覆盖时，相应侧的密封部分朝着容纳部分的上表面向上垂直弯曲，使得侧密封部分和容纳部分的侧壁的一部分紧密接触，其中所述额外部分从相应侧的密封部分延伸，以及从侧密封部分延伸的额外部分朝着容纳部分的侧壁的相对部分垂直弯曲，使得额外部分和容纳部分的上表面紧密接触。另一方面，当容纳部分的下表面被额外部分覆盖时，额外部分从其延伸的相应侧密封部分朝着容纳部分的下表面上下垂直弯曲，使得侧密封部分和容纳部分的侧壁的一部分紧密接触，并且从侧密封部分延伸的额外部分朝着容纳部分的侧壁的相对部分垂直弯曲，使得额外部分和容纳部分的下表面紧密接触。
根据情况，优选的是，额外部分从上电池外壳或者下电池外壳的相应密封部分延伸，由此使得由于电池外壳而导致的二次电池体积的增大最小。更优选地，额外部分以弯曲密封部分的方向从设置在内部的电池外壳的相应密封部分延伸。特别地，当额外部分从其延伸的密封部分朝着容纳部分的上表面弯曲时，可以在设置在内部的上电池外壳上以弯曲的方向形成额外部分。
在上述结构中，可以在电池外壳上形成两个额外部分，使得两个额外部分从分别与电极端子侧密封部分相邻的侧密封部分延伸。例如，当容纳部分的上表面被从一个侧密封部分延伸的额外部分覆盖时，以及当容纳部分的下表面被从相对侧密封部分延伸的另一额外部分覆盖时，一侧密封部分朝着容纳部分的上表面向上垂直弯曲，使得一侧密封部分和容纳部分的侧壁的一部分紧密接触，以及从一侧密封部分延伸的额外部分朝着容纳部分的侧壁的相对部分垂直弯曲，使得额外部分和容纳部分的上表面紧密接触。此外，另一侧密封部分朝着容纳部分的下表面向下垂直弯曲，使得另一侧密封部分和容纳部分的侧壁的一部分紧密接触，以及从另一侧密封部分延伸的额外部分朝着容纳部分的侧壁的相对部分垂直弯曲，使得额外部分和容纳部分的下表面紧密接触。通过提供这种结构，容纳部分的上下表面被从各个侧密封部分延伸的多部分完全覆盖。因此，进一步改善了电池外壳抵抗外力的安全性。
根据本发明的另一个方案，提供了一种安装在封装外壳中的上述二次电池的电池封装。将用于电动车辆和混合电动车辆的中等或者大型电池封装暴露于恶劣条件下，其中将外力例如振动和冲击长时间施加到电池封装上。而且，通过组合多个单元电池构成中等或者大型电池封装。结果，由于外力导致可能损坏单元电池的外表面，用于顺序连接单元电池的工艺非常复杂。因此，优选将具有根据本发明的上述结构的二次电池应用到中等或者大型电池封装上作为中等或者大型电池封装的单元电池。
附图说明
结合附图从下述的具体描述，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描述了根据本发明的优选实施例，弯曲电池外壳的密封部分使得该密封部分和二次电池中电池外壳的电极组件容纳部分的侧壁紧密接触的步骤的平面图；
图2是沿着图1的线A-A的横截面图；
图3是沿着图1的线B-B的横截面图；
图4是描述了图1所示的二次电池的变形的横截面图；
图5是描述了图1所示的二次电池的另一变形的平面图。
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1典型地描述了根据本发明的优选实施例，弯曲电池外壳的密封部分使得密封部分和袋状二次电池中电池外壳的电极组件容纳部分的侧壁紧密接触的步骤的平面图。
参考图1，以下述结构构成袋状二次电池100，其中将电极组件200安装在由叠片构成的电池外壳300中，阴极端子210和阳极端子220从上端密封部分310和下端密封部分320伸出，它们分别在电极组件容纳部分350周围彼此相对。弯曲沿着电极组件容纳部分350形成的密封部分310、320、330和340，使得密封部分310、320、330和340与电极组件容纳部分350紧密接触。
当观看袋状电池100的平面图时，以矩形结构设置沿着电极组件容纳部分350的边缘形成的密封部分310、320、330和340。以箭头所示的方向弯曲密封部分310、320、330和340，使得密封部分310、320、330和340与电极组件容纳部分350接触。在图2和3中更具体地示出该弯曲步骤，其典型地示出了分别沿着图1的线A-A和B-B的横截面图。
首先参考图2，在上端密封部分310和下端密封部分320与电极组件容纳部分350相邻的区域处，初步弯曲上端密封部分310和下端密封部分320，使得上端密封部分310和下端密封部分320与电极组件容纳部分350的侧壁351接触。在阴极端子210和阳极端子220与上端密封部分310和下端密封部分320分别相邻的区域，再次弯曲阴极端子210和阳极端子220，使得阴极端子210和阳极端子220垂直于电极组件容纳部分350的侧壁351。根据情况，可以在阴极端子210和阳极缎子220分别与上端密封部分310和下端密封部分320相邻的区域进一步垂直弯曲阴极端子210和阳极端子220，使得朝着电极组件容纳部分350的侧壁351面对阴极端子210和阳极端子220。在这种状态中，可以将保护电路部分400安装到图4所示的电池外壳。
参考图3，在侧密封部分330和340与电极组件容纳部分350相邻的区域处，弯曲侧密封部分330和340，使得侧密封部分330和340与电极组件容纳部分350的侧壁351紧密接触。
再次参考图1，斜切由密封部分310、320、330和340构成的矩形结构的角。特别地，切除掉上端密封部分310和侧密封部分330和340之间的交叉以及下端密封部分320和侧密封部分330和340之间的交叉(以虚线圆C表示下端密封部分320和侧密封部分330之间的交叉)，由此容易地朝着电极组件容纳部分350的侧壁弯曲密封部分310、320、330和340。
作为另一个例子，可以将电极组件设置在电极组件容纳部分350周围的侧密封部分330和340上，同时使得电极组件彼此相对。特别地，可以将阴极端子210b设置在左侧密封部分330处，并可以将阳极端子220b设置在右侧密封部分340处。根据情况，可以将电极端子设置在相邻的密封部分。例如可以将阴极端子210设置在上端密封部分310处，并可以将阳极端子220b设置在右侧密封部分340处，使得电极端子围绕电极组件容纳部分350彼此成大约90度的角度。
图4是典型地描述了图1所示的二次电池的变形的横截面图。
参考图4，以下述结构构成二次电池101，在所述结构中，将附加的保护电路部分400电连接到如图2所示弯曲的阴极端子210。当在阴极端子210和上端密封部分310相邻的区域处，垂直地弯曲阴极端子210，使得朝着电极组件容纳部分350的侧壁351引导阴极端子210，可以将保护电路部分400安装到上端密封部分310上，其和电极组件容纳部分350的侧壁351紧密接触。尽管在图中没有示出，可以将保护电路部分400安装到下端密封部分320，其中以相同的方式形成阳极端子220。
图5是典型地示出了图1所示的二次电池的另一个变形的平面图。
参考图5，可以以下述结构构成二次电池102，其中从侧壁密封部分330和340延伸的额外部分331和341覆盖了电极组件容纳部分350的上表面352和电极组件容纳部分350的下表面353。在左侧密封部分330与电极组件容纳部分350相邻的区域处初步弯曲左侧密封部分330，使得左侧密封部分330和电极组件容纳部分350的侧壁351接触。在左侧额外部分331和左侧密封部分330相邻的区域处，再次弯曲从左侧密封部分330延伸的左侧额外部分331，使得左侧额外部分331覆盖电极组件容纳部分350的上表面352。
另一方面，在右侧密封部分340和右侧额外部分341与电极组件容纳部分350相邻的区域，弯曲右侧密封部分340和从右侧密封部分340延伸的右侧额外部分341，使得右侧额外部分341覆盖电极组件容纳部分350的下表面353。通过提供这种结构，进一步改善了电池外壳对于外力的安全性。
尽管为了说明的目的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附带的权利要求所公开的范围和精神的条件下，多种变形、添加和替代都是可能的。
从上面的说明书明显可见的是，以下述结构构成根据本发明的二次电池，其中整体地弯曲电池外壳的热焊接密封部分，沿着电极组件容纳部分的边缘设置该密封部分，使得密封部分和电极组件容纳部分的侧壁紧密接触。因此，改善了电池外壳的安全性。而且，可以在电极组件容纳部分周围的两个不同密封部分处设置阴极和阳极。因此，有效地避免了短路的发生。

Claims (11)

1.一种以下述结构构成的二次电池，其中将具有阴极/隔板/阳极结构的电极组件安装在片状电池外壳中，该电池外壳具有限定在其中的容纳部分，通过热焊接密封该片状电池外壳，并通过热焊接沿着该容纳部分的边缘整体地形成密封部分，其中
垂直弯曲该密封部分，使得该密封部分和该容纳部分的侧壁紧密接触，以及
该二次电池包括分别设置在容纳部分周围的两个不同的密封部分处的阴极和阳极端子。
2.根据权利要求1的二次电池，其中该片状电池外壳是由包括树脂层和金属层的叠片构成的。
3.根据权利要求1的二次电池，其中该片是铝叠片。
4.根据权利要求1的二次电池，其中阴极和阳极端子以对称或者不对称的方式从容纳部分周围的相应密封部分伸出。
5.根据权利要求1的二次电池，其中以折叠、堆叠或者堆叠/折叠的结构构成电极组件。
6.根据权利要求1的二次电池，其中以板型六面结构构成电极组件，并将密封部分之间的交叉斜切成预定的尺寸，使得容易地弯曲密封部分。
7.根据权利要求1的二次电池，还包括：
至少一个保护电路部分，在该保护电路部分稳定地安置在容纳部分的侧壁上的方向上，将该保护电路部分安装到垂直弯曲的密封部分，在所述密封部分处设置有阴极和阳极端子。
8.根据权利要求7的二次电池，其中至少一个保护电路部分包括分别安装到阴极端子侧密封部分和阳极端子侧密封部分的两个保护电路部分。
9.根据权利要求1的二次电池，还包括：
形成在上电池外壳和/或下电池外壳处的至少一个额外部分，使得该额外部分从与阴极或者阳极端子侧密封部分相邻的相应侧密封部分延伸，该额外部分具有对应于该容纳部分宽度的尺寸，其中
当垂直弯曲相应的密封部分时，使得该密封部分和该容纳部分的侧壁紧密接触，该额外部分覆盖容纳部分的上表面或下表面。
10.根据权利要求9的二次电池，其中至少一个额外部分包括形成在该电池外壳处的两个额外部分，使得该两个额外部分从分别与阴极和阳极端子侧密封部分相邻的侧密封部分延伸。并且该容纳部分的上和下表面被该侧密封部分的相应额外部分完全覆盖。
11.一种包括安装在封装外壳中的根据权利要求1的二次电池的电池封装。
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