CN101305483B - 具有高安全性的二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二次电池，其由这样的结构构建而成，具有阴极/隔板/阳极排列方式的电极组件安置于电池壳体中，所述电池壳体由包含树脂层和金属层的层压板制得，所述电极组件的电极分接头与相应的电极导线相连，并且所述电极组件密封于所述电池壳体中，而电极导线暴露于所述电池壳体的外侧，其中保护膜附接于所述电极分接头与所述电极导线间的相连区域，用于密封所述电极分接头与所述电极导线间的相连区域。根据本发明的二次电池是通过保护膜密封所述相连区域的结构构建的，不像常规二次电池是以电极分接头与电极导线间的相连区域暴露于电池壳体中的结构构建的。结果，保护所述电极导线避免外部撞击，例如电池掉落。因此，不会发生内部短路，因而增加了电池的安全性。

Description

具有高安全性的二次电池
技术领域
本发明涉及具有高安全性的二次电池，更具体地，涉及由这样的结构构建而成的二次电池，由具有阴极/隔板/阳极排列方式的电极组件装设于电池壳体中，所述电池壳体由包含树脂层和金属层的层压板制得，所述电极组件的电极分接头与对应的电极导线相连，且所述电极组件密封于所述电池壳体中，而所述电极导线暴露于所述电池壳体的外侧，其中保护膜附接于所述电极分接头与所述电极导线之间的相连区域，用于密封所述电极分接头与所述电极导线之间的相连区域，并因而，所述相连区域由所述保护膜密封，不像常规二次电池，其由电极分接头与电极导线之间的相连区域暴露于电池壳体中的结构构建而成，由此保护所述电极导线面授外部撞击，例如电池的掉落，从而不会发生内部短路，因而增加了电池的安全性。
背景技术
因为移动设备日益发展，而且这些移动设备的需求也增加，所以作为这些移动设备能源的二次电池的需求也急速增加。它们中锂二次电池具有高的能量密度和电压，长的使用寿命，以及低的自放电率，其已商业化并被广泛使用。
基于电极和电解质的构成，锂二次电池可分为锂离子电池，锂离子聚合物电池，或锂聚合物电池。它们中，因为锂离子聚合物电池具有低的电解质泄漏机率并易于制造，而被大量使用。锂离子聚合物电池(LiPB)由这样的结构构建而成，电极组件通过热焊接电极(阴极与阳极)与隔板制造，并被电解质浸渍。通常，锂离子聚合物电池由堆叠式电极组件的结构构建而成，所述电极组件以密封状态装设于由层压板制得的袋形壳体中。据此，锂离子聚合物电池通常是指袋型电池。
图1及图2是有代表性的包括堆叠式电极组件的锂离子聚合物电池的通常结构的一般示意图。
参考这些图示，锂离子聚合物电池100由这样的结构构建而成，包含阴极、阳极以及分别装设于阴极与阳极间的隔板的电极组件300装设于袋型电池壳体200中，电极组件300的阴极和阳极分接头301和302分别与两个电极导线400和410焊接，且电极组件300密封于电池壳体200中，而电极导线400和410暴露于电池壳体200的外侧。
电池壳体200由柔性包覆材料制得，例如层压板。电池壳体200包括壳本体210，壳本体210具有用于接收电极组件300的中空容置部230，以及盖体220连接至该壳本体210的一侧。
锂离子聚合物电池100的电极组件300可由果酱卷(jelly-roll)式结构附加于图1中的堆叠式结构构建而成。堆叠式电极组件300由阴极分接头301和阳极分接头302分别与电极导线400及410焊接的结构构建而成，且绝缘膜500附接于电极导线400和410的上和下表面，用于保护电极导线400和410与电池壳体200间的电绝缘与密封能力。
当锂二次电池，例如锂离子聚合物电池，暴露于高温时，或当因过放电、外部短路、钉子穿透、局部损坏或跌落引起的短路而导致大量电流于短时间内流过时，因红外线热生成使电池变热从而电池可能着火或爆炸。当电池的温度增加，电解质与电极间的反应加速。结果，产生反应热，因此电池的温度进一步增加，其加速电解质与电极间的反应。结果，电池的温度急速增加，因而电解质与电极间的反应加速。这种恶性循环造成电池的温度大幅增加的热失控现象。当电池的温度增加至预定温度层次时，电池可能着火。同样地，气体作为电解质及电极间反应的结果产生，因而电池的内部压力增加。当电池的内部压力增加至预定压力层次时，锂二次电池可能爆炸。锂二次电池着火或爆炸的可能性是锂二次电池最致命的缺点。
尤其是，由柔性包覆材料制得的锂离子聚合物电池的电池壳体具有低的强度。结果，当电池掉落或外部撞击力施加于电池时，锂离子聚合物电池的电池壳体容易变形。如图2所示，在电池壳体200中的电极组件300的上端具有空间230a，使得电极组件的电极分接头通过焊接与电极导线400和410接触。因此，当因电池的掉落引起的外部撞击力在电池的上端施加于电池时，电极组件300朝向形成于电极组件300上端的空间230移动，因而电极导线400和410的焊接部分(主要是阴极区域)接触到电极组件300的最外面的电极(主要是，阳极集流体)或电极组件300的上端，使得可能发生内部短路。当使用电池时，电池的掉落经常发生。因此，非常需要一种可更有效保护电池安全性的技术。
有一些现有技术推荐一种将胶带附接于电极组件的预设区域的方法，以及一种用外部材料填满形成于电极组件上端的空间的方法，以防止由于电极组件的移动而发生的内部短路。然而，这些方法的问题是胶带与外部材料会与电解质发生化学反应，因而降低了电池的效能。
发明内容
因此，作出本发明以排除前述问题或其他尚未解决的技术问题。
作为为解决上述问题所作的各种广泛及深入的研究和实验的结果，本发明的发明者发现，当不仅电极导线与电池壳体间的接触区域，而且电极分接头与电极导线间的相连区域也通过保护膜密封时，并优选电极分接头从电极集流体的上端延伸较长的距离使相连区域与电极组件隔离，会有效防止内部短路的发生而隔板不会因为保护膜而损坏。本发明基于这些发现而完成。
根据本发明，上述和其他目的可通过提供一种二次电池完成，所述二次电池由这样的结构构建而成，具有阴极/隔板/阳极排列方式的电极组件装设于电池壳体中，所述电池壳体由包含树脂层和金属层的层压板制得，所述电极组件的电极分接头与相应的电极导线相连，且所述电极组件密封于所述电池壳体中，而所述电极导线暴露于所述电池壳体的外侧，其中保护膜附接于所述电极分接头与所述电极导线之间的相连区域，用于密封所述电极分接头与所述电极导线之间的相连区域。
由本发明的发明人所完成的实验显示由于电池中电极组件的移动而发生内部短路的情形，主要造成在电极分接头与电极导线间的相连区域接触到电极组件，特别是电极组件最外面的电极的时候，所述电极组件装设于由层压板制得的电池壳体中。因而，根据本发明的二次电池中，保护膜附接于电极分接头与电极导线间的相连区域，即电极导线的下端或电极分接头的上端，以防止相连区域与电极组件间的接触，由此提升电池的安全性。
具有电极分接头与相应电极导线相连结构的电极组件可以是堆叠式电极组件，所述堆叠式电极组件由这样的结构构建而成，多个阴极与多个阳极堆叠，同时多个隔板分别装设于所述阴极与所述阳极间；或是一种堆叠/折叠式电极组件，所述堆叠/折叠式电极组件由这样的结构构建而成，多个阴极与多个阳极堆叠并折叠，同时多个隔板分别装设于所述阴极与所述阳极间。在这些电极组件中，多个电极分接头(阴极分接头或阳极分接头)通过焊接与电极导线(阴极导线或阳极导线)相连。堆叠/折叠式电极组件的细节在韩国未审查专利公开No.2001-0082058、No.2001-0082059和No.2001-0082060中公开，其以本申请案申请人名义提出申请。上述韩国专利申请的全部内容在此引入作为参考。
在堆叠式或堆叠/折叠式电极组件中，相连区域意味着焊接部分，且附接于焊接部分的保护膜具有足以密封焊接部分的尺寸。
优选地，通过保护膜的附接进行的电极分接头与电极导线间相连区域(焊接部分)的密封，经由互相附接两单元膜构件，同时焊接部分插入两单元膜构件之间，或在两个焊接部分上分别缠绕一单元(one-unit)膜构件而完成。在后面的例子中，在相连区域上的膜构件优选缠绕四次或更少，更优选一至三次，以尽可能抑制因膜构件而增加电池的体积。
另一方面，如之前参照图1及图2所描述的，在具有上述电极组件装设于其中的电池里，绝缘膜通常附接于电极导线与电池壳体间的接触区域。在这种情形中，保护膜可装设于绝缘膜的下端，且保护膜与绝缘膜邻接或分离。
根据情况，附接于电极导线与电池壳体间接触区域的绝缘膜可按足以密封电极分接头与电极导线间的相连区域的长度延伸，同样的情况亦适用保护膜。
绝缘膜可分别附接于每个电极导线，或绝缘膜可为同时附接至两个电极导线的一单元构件。同样地，保护膜可分别附接于每个电极导线，或保护膜可为同时附接于两个电极导线的一单元构件。
优选保护膜具有等于或略大于焊接部分的宽度。还优选保护膜具有等于或略大于绝缘膜的宽度。另一方面，当一单元膜构件缠绕于焊接部分时，更优选膜组件的宽度小于绝缘膜的宽度。
保护膜并无特别限制，只要保护膜由绝缘材料制得且不会影响电池的运作即可。例如，保护膜可由聚丙烯(PP)基聚合物物材料制得。同样地，保护膜可由与绝缘膜相同的材料所制。
在一较佳实施例中，电极分接头以一预设长度从电极集流体的上端延伸，以防止隔板因保护膜而损坏。
在这种情形中，优选延伸长度为5至10mm。
根据本发明的电池并无特别限制，只要该电池具有上述内部结构即可。优选本发明应用于上述锂离子聚合物电池。
附图说明
本发明的上述和其他目的、特征和其余优势将结合附图从以下详细描述被清楚了解，其中：
图1和图2分别是使用袋型电池壳体的常规锂离子聚合物电池的立体图和平面透视图，其说明装配电池壳体和电极组件与在装配电池壳体和电极组件后装配锂离子聚合物电池的流程；
图3是根据本发明的一个优选实施例的二次电池的电极组件上端的通常平面图；以及
图4为根据本发明另一优选实施例的二次电池的电极组件上端的通常平面图。
具体实施方式
现在，本发明的优选实施例将会参照附图详细描述。然而必须注意本发明范围并不限制于该图解的实施例。
图3是根据本发明的一个优选实施例的二次电池的电极组件上端的平面图，以及图4是根据本发明另一优选实施例的二次电池的电极组件上端的平面图。
参考这些图示，电极组件300以这样的结构构建而成，隔板330分别装设于阴极集流体310与阳极集流体320之间，所述阴极集流体310具有施用于相对主要表面上的电极活性材料，所述阳极集流体320具有施用于相对主要表面上的电极活性材料，所述电极组件300具有阴极分接头301和阳极分接头302，其从各集流体310和320的上端突出。
电极组件300包括多个阳极与阴极。阳极分接头301和阳极分接头302通过焊接牢固地与阴极导线400和阳极导线410相固定。因此，焊接部分401及411在电极导线400和410的下端和电极分接头301和302的上端形成。
焊接部分401和411接触到电极组件300的上端或与最外面电极(主要是阳极集流体320)，例如，当电池掉落造成电极组件300移动时，由此发生内部短路。根据本发明，保护膜510或520附接于焊接部分401和411，用于密封焊接部分401和411。
以下将描述保护膜510及520的附接。首先参考图3，保护膜510包含彼此互相附接的两单元膜构件，同时焊接部分401和411插入两单元膜构件之间。保护膜510装设于绝缘膜500的下端，绝缘膜500附接于电极导线400和410，使得保护膜510邻接于绝缘膜500，同时保护膜510以与绝缘膜500相同的形状形成。为了完成这样的附接，胶粘剂涂布于所述膜构件的一个或两个相对表面上。所述胶粘剂可包含通过粘结方式或热焊接方式相连的组合物。
根据情况，保护膜510可同时以与绝缘膜500相同的一单元构件的方式，附接至阴极导线400和阳极导线410。
在图4中是说明另一较佳具体实施例。参考图4，保护膜520包含一单元膜构件，其分别缠绕于焊接部分401和411。保护膜520分别装设于绝缘膜500的下端，附接于电极导线400和410，用于缠绕焊接部分401和411。
再参考图3及图4，电极导线400和410可分别焊接于电极分接头301和302，同时绝缘膜500预先附接于电极导线400和410的预设位置。或者，在电极导线400和410焊接至电极分接头301和302后，再将绝缘膜500分别附接于电极导线400和401。
电极分接头301和302从相应的电极集流体310和320延伸较长的距离。结果，焊接部分401和411通过该延伸的距离与电极集流体310和320的上端分隔。因此，作为密封焊接部分401和411的保护膜510和520并不会损坏电极组件300的隔板330，由此电池具有高的安全性。
虽然揭露本发明优选的实施例用于说明目的，然而本领域技术人员可以在不超出如附随的权利要求所公开的本发明的范围和精神内，进行各种修改、添加和替换。
产业利用性
从以上说明书显而易见，根据本发明的二次电池由这样的结构构建而成，不仅电极导线与电池壳体间的接触区域，而且电极分接头与电极导线间的相连区域也由保护膜密封，因而所述相连区域将更为稳固的维持，且当电池掉落或外部碰撞作用于电池时，防止内部短路的发生。因此，提升了电池的安全性。

Claims (11)

1.一种二次电池，其以如下结构构建而成，具有阴极/隔板/阳极排列方式的电极组件安置于电池壳体中，所述电池壳体由包含树脂层和金属层的层压板制得，所述电极组件的电极分接头与相应的电极导线相连，并且所述电极组件密封于所述电池壳体中，而电极导线暴露于所述电池壳体的外侧，其中
保护膜附接于电极分接头与电极导线间的相连区域，以密封电极分接头与电极导线间的所述相连区域，并且，
其中所述保护膜包括彼此互相附接的两单元膜构件，同时所述相连区域介于所述两单元膜构件之间，
其中绝缘膜附接于所述电极导线与所述电池壳体间的接触区域，所述绝缘膜按足以缠绕所述电极分接头与所述电极导线间的相连区域的长度延伸，从而形成所述保护膜。
2.如权利要求1所述的二次电池，其中所述电极组件是堆叠式或堆叠/折叠式电极组件，其包括多个阴极与多个阳极堆叠，同时多个隔板分别装设在阴极与阳极之间，并且多个阴极分接头或阳极分接头通过焊接与阴极导线或阳极导线相连的结构。
3.如权利要求2所述的二次电池，其中所述保护膜具有足以缠绕焊接部分的长度。
4.如权利要求1所述的二次电池，其中绝缘膜附接于所述电极导线与所述电池壳体间的接触区域，所述保护膜装设于所述绝缘膜的下端。
5.如权利要求4所述的二次电池，其中所述绝缘膜分别附接于每个电极导线，或所述绝缘膜是同时附接于两个电极导线的一单元构件。
6.如权利要求1所述的二次电池，其中所述保护膜分别附接于每个相连区域。
7.如权利要求1所述的二次电池，其中所述电极分接头按足以防止所述隔板因所述保护膜而损坏的长度，从电极集流体的上端延伸。
8.如权利要求7所述的二次电池，其中所延伸的长度为5至10mm。
9.如权利要求1所述的二次电池，其中所述保护膜具有等于或大于焊接部分的宽度的宽度。
10.如权利要求1所述的二次电池，其中所述保护膜由聚丙烯基聚合物材料制得。
11.如权利要求1所述的二次电池，其中所述电池为锂离子聚合物电池。
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