CN101411005A - 安全性改善的二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种二次电池，该二次电池具有被容纳在电池壳的容纳部内的电极组件，该电极组件被构造为这样的结构，在该结构中多个阴极和阳极彼此堆叠并且同时在各个阴极和阳极之间放置有分隔板，以及从已堆叠的阴极和阳极延伸的电极头被耦合至电极引线，其中电池壳的容纳部在其外部上端设置有凹进的台阶，以使得除了电极组件的电极头－电极引线耦合部分外，所述电池壳的容纳部的内部上端的至少一部分与电极组件的上端紧密接触。

Description

安全性改善的二次电池
技术领域
本发明涉及安全性改善的二次电池，更具体而言，涉及的二次电池具有被容纳在电池壳的容纳部内的电极组件，该电极组件被构造为这样的结构，在该结构中多个阴极和阳极彼此堆叠并同时在各个阴极和阳极之间放置有分隔板，以及从已堆叠的阴极和阳极延伸的电极头(tap)被耦合至电极引线，其中所述电池壳的容纳部在其外部上端设置有凹进的台阶，以使得所述电池壳的容纳部的内部上端的至少一部分与所述电极组件的上端紧密接触。
背景技术
随着移动设备的日益发展，对移动设备的需求不断增加，对于作为移动设备的能量来源的电池需求也急剧增加。因此，进行了许多关于满足各种需求的电池的研究。
就电池的形状方面而言，棱形二次电池或袋形二次电池的需求非常高，该棱形二次电池或袋形二次电池薄得足够被应用于诸如移动电话之类的各种产品中。就电池的材料方面而言，对于诸如锂离子聚合物电池之类的锂二次电池的需求非常大，该锂二次电池有高能量密度、高放电电压和高输出稳定性。
而且，二次电池可基于具有阴极/分隔板/阳极结构的电极组件的构造进行分类。例如，电极组件可被构造为：凝胶卷(卷绕)型结构，在该结构中长板型阴极和阳极被卷绕，同时在各个阴极和阳极之间放置有分隔板；堆叠型结构，在该结构中多个具有预定尺寸的阴极和阳极被连续地彼此堆叠，同时分隔板放置在各个阴极和阳极之间；或者堆叠/折叠型结构，在该结构中多个具有预定尺寸的阴极和阳极被连续地彼此堆叠，同时分隔板放置在各个阴极和阳极之间，从而形成双电池或全电池，然后将该双电池或全电池卷绕。
最近，由于制造成本低、重量轻和形状容易修改，在由铝薄板制成的袋形电池壳内安装有所述的堆叠型或堆叠/折叠型电极组件的袋形电池受到较多关注，因此该袋形电池的使用逐渐增加。
图1是一个分解立体图，示出了常规的袋形二次电池的总体结构。
参照图1，袋形二次电池10包括电极组件30、从电极组件延伸的电极头40和50、分别熔焊至电极头40和50的电极引线60和70以及用于容纳电极组件30的电池壳20。
电极组件30是一个发电元件，包括连续地彼此堆叠的阴极和阳极，同时分隔板被放置在各个阴极和阳极之间。电极组件30以堆叠型结构或堆叠/折叠型结构来构造。电极头40和50从电极组件30的电极板延伸。电极引线60和70电连接至从电极组件30的电极板延伸的多个电极头40和50，例如通过熔焊的方式电连接。电极引线60和70被部分地暴露在电池壳20的外部。在电极引线60和70的上表面和下表面部分地附接有绝缘薄膜80，用于提高电池壳20和电极引线60和70之间的密封性，并且同时用于实现电池壳20和电极引线60和70之间的电绝缘。
电池壳20由铝薄板制成。电池壳20有用于容纳电极组件30的空间。电池壳20通常被成形为袋状。对于电极组件30是如图1所示的堆叠型电极组件的情况，电池壳20的内部上端与电极组件30间隔开，以使得多个阴极头40和多个阳极头50可分别连接至电极引线60和70。
图2是一个局部放大图，示出了图1中所示的二次电池的电池壳的内部上端，其中阴极头以集中的状态互相耦合并且连接至阴极引线，以及图3是一个前视透视图，示出了在装配状态下的图1的二次电池。
参考这些附图，从电极组件30的阴极集电器41延伸的多个阴极头40被连接至阴极引线60的一端，例如，以通过熔焊将阴极头40互相整体结合而构成的熔焊束的形式连接。阴极引线60被电池壳20密封，而阴极引线60的另一端61被暴露在电池壳20的外部。因为多个阴极头互相结合形成熔焊束，电池壳20的内部上端与电极组件30的上端表面间隔开一预定距离，并且以熔焊束形式所结合的阴极头40被弯曲成大致V形。在下文中，在电极头和电极引线之间的耦合区域将被称为“V形区域”。
然而，当电池以电池的上端往下落，即电池的阴极引线60朝下摔落时，或者电池的上端被施加一个外部物理力时，电极组件30朝向电池壳20的内部上端移动，或者电池壳20的上端被压碎。由此使得电极组件30的阳极与阴极头42或阴极引线61相接触，而因此可能在电池内出现短路。结果，电池的安全性就大大降低了。
为了解决上述问题，本发明提供了一种在其中电池壳的容纳部的V形区域被改成预定形状的结构。
与该情况相关，已经提出了许多修改电池壳的容纳部的技术。例如，日本未审查专利公布No.2002-200584公开了一种结构，其中当从电池壳的竖直截面观察时，沿着以梯形构造的电池壳的容纳部的侧面所形成多个沟槽和平面部分，以使得电极组件可与电池壳的容纳部的内表面紧密接触。然而，所公开的技术存在缺陷，沟槽和平面部分必须在电池壳的容纳部的侧面形成，而该侧面具有相对小的高度，因此很难形成该沟槽和平面部分。当使用该公开技术时，有可能在无V形区域的电池结构内提高电极组件与电池壳的连结(例如，棱形凝胶卷型电池)。然而，已证明在具有如上所述的用于电极头和电极引线之间耦合的V形区域的电池内，该公开技术无法防止电极组件朝向电极头的移动。
因此，非常需要一种能够有效利用V形区域(对电池容量和运行没有贡献)并且防止因电极组件的移动而导致短路的制造电池的技术。
发明内容
因此，本发明致力于解决上述问题，以及其他待要解决的技术问题。
作为解决上述问题的许多广泛深入研究和试验的结果，本申请的发明人发现，在有电极组件安装在其内的二次电池内，该电极组件包括电极头-电极引线耦合部分(V形区域)，当以特定的形状修改电池壳的对应于V形区域的容纳部以使得电极组件可与所述电池壳紧密接触时，该对于电池容量和运行没有贡献的V形区域可被有效利用，并且可轻易改变电池壳的形状，从而避免由于对二次电池施加外力(诸如二次电池摔落)时而导致该二次电池内发生短路，从而进一步提高二次电池的安全性。基于上述发现完成了本发明。
依据本发明，可通过提供如下的二次电池来实现上述和其他目的，该二次电池具有被容纳在电池壳的容纳部内的电极组件，该电极组件被构造为这样的结构，在该结构中多个阴极和阳极彼此堆叠并且同时在各个阴极和阳极之间放置有分隔板，以及从已堆叠的阴极和阳极延伸的电极头被耦合至电极引线，其中所述电池壳的容纳部在其外部上端设置有凹进的台阶，以使得除了该电极组件的电极头-电极引线耦合部分外，该电池壳的容纳部的内部上端的至少一部分与所述电极组件的上端紧密接触。
因电池摔落或向电池施加外力引起的电池内发生短路是电池爆炸或着火的一个重要原因。这是因为，当电池摔落或向电池施加外力时，电极组件被移动，并因而使阴极和阳极彼此接触。由于在接触电阻部分传导电流而产生了高电阻热。当因高电阻热引起电池内部温度超过临界温度水平时，阴极活性材料的氧化物结构坍塌，从而发生热量逸出现象。因此，电池会着火或爆炸。
另一方面，在二次电池内，电极组件被安装在电池壳内，同时因为在电池壳的预定区域形成凹进的台阶，使得电极组件的电极被稳定地安装定位。从而，即使当电池摔落或电池被施加外力时，电极组件内的电极的运动也可被限制，因此防止了电池内短路的发生，并最终提高了电池的安全性。
此外，在实现电极头和电极引线之间的耦合所需的电极头-电极引线耦合部分(即V形区域)内，形成该凹进的台阶。因此，有效利用了对电池容量和电池运行不做贡献的该区域。
为了使电池壳的容纳部的内部上端与电极组件的上端因该台阶而紧密接触，需要的是，当从该台阶的竖直截面观看时，电池壳的容纳部的一部分上端和侧面被修改。该台阶在从该电池的上端观看时是凹进的。因此，该台阶在本发明中被称为“凹进的台阶”。
通过相当大地修改电池壳的容纳部的对应于V形区域的区域而形成凹进的台阶。因此，根据本发明来形成该凹进的台阶比根据上述常规技术来精确地形成容纳部要更加容易。
该电极组件没有特殊限制，只要多个电极头彼此连接以构成阴极和阳极。优选地，该电极组件以堆叠型结构和/或堆叠/折叠型结构被构造。以该种堆叠/折叠型结构来构造电极组件的细节公开在韩国未审查专利公布No.2001-0082058、No.2001-0082059和No.2001-0082060中，这些申请的申请人为本专利申请的申请人。上述专利申请的公开文本在此以引用的方式纳入本说明书中。
根据本发明的凹进的台阶的位置没有特殊限制，只要电池壳的内部上端可与电极组件的上端紧密接触。例如，凹进的台阶可形成于电池壳的容纳部的上端的一侧或两侧(A结构)。替代地，在具有从电池壳的上端凸出的阴极引线和阳极引线的电池内，该凹进的台阶可形成于电池壳的容纳部的上端的中部，该中部对应于在两个电极头-电极引线耦合部分之间所限定的空间(B结构)。
在A结构中，该凹进的台阶可从电极组件的上端延伸至电极组件的电极头-电极引线耦合部分。
在B结构中，该凹进的台阶形成于电池壳的容纳部的上端的中部，因此，相对容易地将侧密封部分竖直弯曲，以使得在电极组件被容纳于容纳部之后，侧密封部分可与容纳部紧密接触的同时将电池壳密封，从而减少电池的总尺寸。因此，B结构优选于A结构。
可在电极组件被安装在电池壳后或电池壳被密封后的接下来的过程中，形成凹进的台阶。更优选地，在容纳部被形成于电池壳的同时，形成凹进的台阶。例如，可通过拉伸过程在板型电池壳上形成该容纳部。接下来形成凹进的台阶的过程可通过手动或自动地通过使用机器来进行。
在根据本发明的二次电池中，电池壳由包括金属层和树脂层的薄板制成。优选地，该电池壳为袋形壳，由铝薄板制成，具有用于容纳电极组件的容纳部。优选地，在电极组件被容纳在电池壳的容纳部后，由薄板制成的电池壳被通过热熔焊密封。
更优选地，当使用热熔焊密封电池壳时，也对凹进的台阶区域进行热熔焊。因为由薄板制成的电池壳具有低机械强度，因此当对电池壳施加外力时该电池壳会易于变形。因此，当由于多种原因而有较大的压力从电极组件施加到凹进的台阶区域时，该凹进的台阶区域可能会变形。另一方面，当电池壳的凹进的台阶区域被热熔焊后，根本上防止了凹进的台阶区域的这种变形，从而进一步提高了该二次电池的安全性。
优选地，根据本发明的二次电池是锂二次电池。特别地，本发明优选应用于锂离子聚合物电池，在该锂离子聚合物电池中电极组件被浸渍在凝胶相的含锂的电解质中。
附图说明
通过接下来结合附图的详细说明，可更加清晰地理解本发明的上述和其他目的、特征和其他优点。
图1是一个分解立体图，示出了常规的袋形二次电池的总体结构；
图2是一个放大的截面图，示出了图1中所示的二次电池的电池壳的内部上端，其中阴极头以集中的状态被彼此耦合并连接至阴极引线；
图3是一个前视透视图，示出了在装配状态下的图1的二次电池；
图4是一个分解立体图，示出了根据本发明的优选实施方案的袋形二次电池；
图5是一个前视透视图，示出了在装配状态下的图4的二次电池；
图6是一个侧视透视图，示出了在装配状态下的图4的二次电池；
图7是一个局部俯视图，示出了根据本发明的另一个优选实施方案的二次电池；
图8是一个前视透视图，示出了图7的二次电池。
具体实施方式
现在将参考附图详细描述本发明的优选实施方案。然而，应注意到本发明的范围并不局限于所说明的实施方案。
图4是一个分解立体图，示出了根据本发明的优选实施方案的袋形二次电池；图5是一个前视透视图，示出了在装配状态下的图4的二次电池；图6是一个侧视透视图，示出了在装配状态下的图4的二次电池。
参考这些附图，袋形二次电池200包括：电极组件300，其具有熔焊至阴极引线410的阴极头310和熔焊至阳极引线420的阳极头320；用于容纳电极组件300的电池壳200；和在电池壳200的上端拐角形成的凹进的台阶220a和220b。
电池壳200包括限定在其中容纳电极组件300的容纳部240的下壳构件220，以及整体连接至下壳构件220下端的上壳构件210。而且，在二次电池200的装配过程中，沿着电池壳200的边缘形成密封部分230，以使得上壳构件210和下壳构件220可通过热熔焊牢固地彼此附接，由此使得电池壳200可被密封。在上壳构件210和下壳构件220通过热熔焊牢固地彼此附接后，所述侧密封部分230被竖直弯曲，以使得侧密封部分230可与下壳构件220的容纳部240紧密接触，从而减少了该电池的总尺寸。
凹进的台阶220a和220b从电极组件300的上端的两侧延伸至电极头310和320凸出的区域(即，电极头-电极引线耦合部分)。因此，当电极组件300被安装在电池壳200的下壳构件220时，电极组件300的上端330的两侧与相应的下壳构件220的内部上端250紧密接触，即与凹进的台阶220a和220b的下端表面紧密接触，由此将电极组件300稳定地固定。由于这种紧密接触的结构，限制了电极组件300的移动，从而有效地防止了在电池内发生短路，即使当二次电池100以电极引线410和420朝下摔落，或向二次电池100的上端施加外力时也能有效防止。
此外，由于台阶220a和220b的形成，上端密封部分232的两侧都有相对较大的宽度，并且在电池装配过程中通过热熔焊将上端密封部分232的两侧都牢固地附接至上壳构件210。因此，台阶220a和220b都被保持在更加稳定的结构内。
图7和图8是示出了根据本发明的另一个优选实施方案的二次电池的局部俯视图和前视透视图。
参考这些附图，二次电池201不同于图5中的二次电池200，区别在于：凹进的台阶220c形成于在电极头-电极引线耦合部分401和402之间所限定的区域内，并且对凹进的台阶220c进行热熔焊，由此在形成延伸的密封部分234的同时所述延伸的密封部分234从上端密封部分232延伸。然而，由于凹进的台阶220c弹性地压迫电极组件300，并且如前所述保持了稳定的结构，所以根据本发明的二次电池201与图5的二次电池有着相同的效果。此外，热熔焊部分由于延伸的密封部分234而增加，因此，获得了二次电池的更加出色的安全性。
凹进的台阶220c在用于形成电池壳220的容纳部240的拉伸过程中形成，并且凹进的台阶220c位于在电极头-电极引线耦合部分401和402之间的相应区域。因此，更容易竖直弯曲该侧密封部分230，使得该侧密封部分230可以与电池壳220的容纳部240紧密接触。
尽管为了示例性目的已经公开了本发明的优选实施方案，但本技术领域的普通技术人员将意识到，在不偏离附属的权利要求书所公开的本发明范围和精神下，可做出许多修改、增加和替换。
工业实用性
正如从上述说明书中显而易见的，即使当根据本发明的二次电池摔落或向该二次电池施加外力时，该电极组件的运动也被受到了限制，从而有效地防止了在二次电池内出现短路。因此，根据本发明的二次电池提供了更高的安全性。

Claims (11)

1.一种二次电池，该二次电池具有被容纳在电池壳的容纳部内的电极组件，该电极组件被构造为这样的结构，在该结构中多个阴极和阳极彼此堆叠并且同时在各个阴极和阳极之间放置有分隔板，以及从已堆叠的阴极和阳极延伸的电极头被耦合至电极引线，其中
电池壳的容纳部在其外部上端设置有凹进的台阶，以使得除了所述电极组件的电极头-电极引线耦合部分外，所述电池壳的容纳部的内部上端的至少一部分与所述电极组件的上端紧密接触。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述电极组件以堆叠型结构和/或堆叠/折叠型结构来构造。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述凹进的台阶形成于所述电池壳的容纳部的上端的一侧或两侧。
4.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述凹进的台阶形成于所述电池壳的容纳部的上端的中部，所述中部对应于在所述电极组件的电极头-电极引线耦合部分之间所限定的空间。
5.根据权利要求3所述的二次电池，其中所述凹进的台阶从所述电极组件的上端延伸至所述电极组件的电极头-电极引线耦合部分。
6.根据权利要求1所述的二次电池，其中在所述电极组件被安装在所述电池壳后或在密封所述电池壳之后，所述凹进的台阶被形成。
7.根据权利要求1所述的二次电池，其中在所述容纳部被形成于所述电池壳的同时，所述凹进的台阶被形成。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述电池壳由包括金属层和树脂层的薄板制成，并且该电池壳在所述电极组件被容纳于所述电池壳的容纳部后被通过热熔焊密封。
9.根据权利要求8所述的二次电池，其中当所述电池壳被通过热熔焊密封时，所述凹进的台阶区域也被进行热熔焊。
10.根据权利要求8所述的二次电池，其中所述板为铝薄板。
11.根据权利要求1所述的二次电池，其中所述电池是锂离子聚合物电池。
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