CN101414670B - 电池组件和用于生产电池组件的方法 - Google Patents

Abstract

一种电池组件和用于生产电池组件的方法。该电池组件包括：包括了覆盖有包封构件的电池元件；电池保护电路板；覆盖材料；和形成在覆盖材料的一部分中的可裂部分。电池元件包括：通过间隔件螺旋缠绕或堆叠的阳极和阴极。覆盖材料覆盖电池和电池保护电路板。可破裂部分由于在异常情况下从电池产生的气体而裂开开口，以形成用于释放气体到电池组件外的气体释放孔。

Description

电池组件和用于生产电池组件的方法

技术领域

本发明涉及包括例如非水电解质二次电池的电池组件(battery pack)和用于生产该电池组件的方法。更特别地，本发明涉及包括组合成一个单元的电池和保护电路板的电池组件，及用于生产电池组件的方法，其中电池包括覆盖有层压膜的电池元件(battery element)，电池元件包括通过间隔件螺旋缠绕或堆叠的正极和负极。

背景技术

近年来，多种类型的便携式电子装置，比如集成了相机的磁带录像机、蜂窝电话和膝上型计算机得到了广泛使用，并且具有更小的尺寸和重量的这些装置也正在开发中。随着便携式电子装置风尺寸和重量减小，要求使用作为用于电子装置的便携式电源的电池组件具有更大的能量和减小的尺寸和重量。具有高的容量的锂离子二次电池为在这样的电池组件中使用的电池的实例。

锂离子二次电池包括具有掺杂锂离子和除掺杂的正极和负极的电池元件。电池元件由金属容器或金属层压膜密封，并被电连接于电池元件的电路板控制。

已知的锂离子二次电池具有电池组件，该电池组件包括密封在金属容器或金属层压膜中的电池元件和电路板，所述电池元件和电路板容纳在具有分开的上部和下部空间的存储壳体中(例如，见专利文献1到3)。

关于用于锂离子二次电池的电池组件，已经提出一种包括密封在金属容器中的电池元件和电路板的电池组件(例如，见专利文献4和5)，所述电池元件和电路板通过使用熔态树脂而模压成为单件。

而且，已经提出了这样一种电池组件，其包括：密封在金属层压膜中的电池元件；电路板；布置以围绕电池元件和电路板的框架，其中电池元件、电路板及框架被薄板形式的包封构件覆盖(例如，见专利文献6)。

另外，已经提出了这样一种锂离子二次电池，其构造成：电池元件和电路板密封在矩形壳体容器中，其中在壳体容器的由铝制成的盖部分或由铝合金制成的壳体容器本体中形成有防爆可裂开口排气孔或薄壁部分，以便当内部压力由于异常状态事件中生成的气体而升高时，释放气体至壳体容器外部(例如，见专利文献7和8)。

[专利文献1]日本专利第3556875号

[专利文献2]日本专利第3614767号

[专利文献3]日本专利第3643792号

[专利文献4]日本未审查专利公开第2004-303625号

[专利文献5]日本未审查专利公开第2004-358735号

[专利文献6]日本未审查专利公开第2005-158452号

[专利文献7]日本专利第3691268号

[专利文献8]日本专利第3783082号

在如上所述的现有锂离子二次电池中，用于密封电池元件的金属容器通过深冲拔形成，深冲拔导致了沿用于深冲拔的加工方向的有限的延伸率，这样使得仅形成具有预定厚度(大约200μm)的金属容器，不利地降低了设计的自由度。另外，要求使用适合于深冲拔的金属，并且难以获得强度高于构成容器的金属的固有强度的金属容器。而且，当电池元件密封在金属容器中时，此后难以进行热封凝胶聚合物的热压步骤，并且因此，当使用金属容器时仅能使用液体电解质。

另一方面，如果电池元件由金属层压膜密封，则可以进行热压步骤，并且优点在于尺寸或形状的自由度较高；但是，由层压膜密封的电池元件的缺点在于强度低于密封在金属容器中的电池元件的强度。

在具有容纳在如专利文献1到3中描述的存储壳体中的锂离子二次电池和电路板的电池组件中，为保护锂离子二次电池和电路板免受外部冲击等损伤，要求存储壳体具有令人满意的厚度。而且，在使用粘性双涂层胶带或通过超声焊接把上部和下部分开的存储壳体结合在一起时，存储壳体需要足够的厚度以便于结合，并且整个电池组件的厚度和重量不可避免地增加。因此，这样的技术不适合于便携式电源。

在如专利文献4和5中描述的电池组件中，由于密封在具有大的机械强度的金属容器中的电池元件和电路板通过使用熔态树脂组合成为一个单元，作为树脂，具有优秀的弹性特性的弹性橡胶树脂被用于提高抗跌落冲击能力。就尺寸精度、生产条件等而言，这种电池元件完全不同于密封在具有小的机械强度的金属层压膜中的电池元件。因此，这样的技术不适合于应用到使用密封在金属层压膜中的电池元件的电池组件。

而且，在使用密封在金属容器中的电池元件的电池组件中，液态电解质溶液被用作电解质。因此，需要在电池组件中提供在通常操作中不易于裂开开口的防爆结构。

另一方面，在专利文献6中描述的电池组件中，就用于覆盖密封在金属层压膜中的电池元件、电路板和框架的包封构件而言，使用具有两层结构的包封构件，所述两层结构包括由尼龙等制成的表面保护层和由不锈钢等制成的金属层。因此，必须具有特定的厚度用于获得所要求的硬度和模压性能。而且，使用粘结剂或粘性带，使得电池组件不可避免地增加了厚度，并且希望进一步的改进以减小尺寸和重量。

已经考虑在用于电池组件的覆盖材料中使用金属氧化物陶瓷。这是由于金属氧化物陶瓷具有比金属的硬度更为优秀的硬度，但它具有脆性并且其需要加工成为紧密接触于电池组件的薄覆盖材料。

具有形成在如专利文献7和8中描述的矩形壳体容器中的防爆可裂开口排气孔的锂离子二次电池仍未投入实际使用。这种情况的原因在于例如沿矩形的长侧方向形成大的排气阀结构，并因此难以保证所要求的容量，并且与具有圆柱形形状的电池相比较，具有矩形结构的电池要求更高的零件成本及各个零件的高精度的定位，因此使电池的生产变得困难。

因此，希望提供电池组件及用于生产电池组件的方法，所提供电池组件的优点不仅在于电池组件具有高的尺寸精度和高的机械强度，并且能够减小尺寸和重量，而且即使在异常状态中也提供了高的安全度。

发明内容

本发明着眼于解决上述问题已经进行了广泛和深入的研究。已经发现上述问题能够通过如下的电池组件来实现，其包括：包括采用包封构件覆盖的电池元件，其中电池元件包括通过间隔件而螺旋缠绕或堆叠的正极、负极和间隔件；电池保护电路板；和用于整体地覆盖电池和保护电路板的覆盖材料，其中覆盖材料在其中形成可裂部分用于释放在异常状态的情况下生成的气体至电池组件外，并且然后本发明得以完成。

依据本发明的实施例的电池组件包括：电池；电池保护板；覆盖材料；和可裂部分。电池元件覆盖有包封材料，其中电池元件包括通过间隔件螺旋缠绕或堆叠的正极和负极。覆盖材料整体地覆盖电池和保护电路。可裂部分形成在覆盖材料的一部分中，并能够由于在异常状态的情况下从电池生成的气体而裂开开口用以形成用于释放气体至电池组件外的气体释放孔。

用于生产依据本发明的实施例的电池组件的方法，其中电池组件包括：包括电池元件的电池；电池保护电路板；和覆盖材料。电池元件覆盖有包封构件，电池元件包括通过间隔件螺旋缠绕或堆叠的正极和负极，覆盖材料通过填充容纳了电池和保护电路板的成型模具的周围空间并固化而整体地覆盖电池和电池保护电路板同时延伸电池的端子至外侧，通过使用形成在成型模具上或可分离地联接到成型模具的凸起，覆盖材料包括在填充绕成型模具内的电池和保护电路板的空间并固化的覆盖材料中形成可裂部分，可裂部分由薄壁部分组成作为填充标记，并且能够由于在异常状态的情况下从电池生成的气体而裂开开口。

而且，用于生产依据本发明的另外的实施例的方法，其中电池组件包括：包括电池元件的电池；电池保护电路；和覆盖材料，电池元件覆盖有包封构件，电池元件包括通过间隔件而螺旋缠绕或堆叠的正极和负极，覆盖材料通过填充容纳了电池和保护电路板的成型模具内的围绕空间并固化而整体地覆盖电池和电池保护电路板同时延伸电池的端子至外侧，该方法包括：在成型模具的空腔中布置脆性构件及电池和保护电路板，其中脆性构件能够在异常状态的情况下由于从电池生成的气体而变形；及采用覆盖材料整体地覆盖电池、保护电路板和脆性构件以形成可裂部分，可裂部分用于由于脆性构件的变形而开裂打开覆盖材料。

依据本发明的实施例，由于具有上述的构造，电池组件的优点不仅在于它具有高的尺寸精度和高的机构强度并能够减小尺寸和重量，而且在于它即使在异常状态的情况下也提供了高的安全度。

本发明的如上概述并不意图描述本发明的每个所说明的实施例或每个实现。随后的示图和详细描述更特别地例证说明这些实施例。

附图说明

图1A示出依据本发明的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成薄壁部分，图1B示出了薄壁部分裂开开口用以形成气体释放孔的状态下的说明性顶视图。

图2示出了依据本发明的另外的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成薄壁部分。

图3示出了依据本发明的另外的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成薄壁部分。

图4A示出依据本发明的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成薄壁部分，图4B示出了薄壁部分裂开开口用以形成气体释放孔的状态下的说明性顶视图。

图5示出了依据本发明的另外的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成薄壁部分。

图6示出了依据本发明的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成薄壁部分。

图7示出了依据本发明的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成脆性构件。

图8示出了依据本发明的另外的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成脆性构件。

图9示出了依据本发明的另外的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成脆性构件。

图10示出了依据本发明的另外的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成脆性构件。

图11示出了依据本发明的另外的实施例的电池组件的说明性顶视图，在其中形成脆性构件。

图12A是说明性顶视图，图12B是说明性的纵向截面视图，图12C是说明性的横向截面视图，各图分别示出了依据本发明的实施例的电池组件。

图13是电池的说明性顶视图，其示出了图12的电池组件中的电池在弯曲侧封部分之前的状态。

图14A是说明性顶视图，图14B是说明性纵向截面视图，图14C是说明性横向截面视图，各图示出了采用覆盖材料覆盖图13中的电池以形成电池组件的方法。

图15是将要与图12中的电池组件的覆盖材料成为一体的间隔件的说明性透视图。

图16示出了图12的电池组件中的电池在被覆盖材料覆盖之前的说明性分解透视图。

图17示出了将要覆盖并容纳在层压膜中的电池元件的说明性透视图。

图18A和18B示出了弯曲图16中的电池的侧封部分的方法的说明性端视图。

图19是堆叠型电池元件的说明性透视图，其示出了用在依据本发明的实施例的电池组件中的电池元件的构造的另外的实例。

具体实施方式

下文中，将详细描述本发明的实施例的电池组件。在本说明书中，如果无另外指明，关于浓度、容量、数量等，“％”是指质量百分比。

如上所述，本发明的实施例的电池组件包括：包括覆盖有包封构件的电池元件的电池，其中电池元件包括通过间隔件螺旋缠绕在一起或堆叠的正极和负极；电池保护电路板；用于整体地覆盖电池和保护电路板的覆盖材料；和形成在覆盖材料的一部分中的可裂部分。可裂部分能够由于在异常状态的情况下从电池生成的气体而裂开开口，以形成气体释放孔用于释放气体至电池组件外。

已有通过使用聚合的电解质溶液而使用聚合物电池的电池组件，其中聚合物电池和电路板采用比如铝层压膜的热封膜而顶部密封，这样使得热封部分在异常状态的情况下裂开开口。但是，在具有采用热封膜顶部密封的聚合物电池和电路板的锂离子二次电池中，热封部分用作可裂开口机构，并且因此电池的缺点不仅在于它受到生产加工的限制，而且在于它具有低的尺寸精度和低的机械强度。

依据本发明的实施例的电池组件包括：包括由包封构件覆盖的电池元件的电池，其中电池元件包括通过间隔件螺旋缠绕在一起或堆叠的正极和负极；电池保护电路板；用于整体地覆盖电池和保护电路板的覆盖材料。结果使得，电池组件具有高的尺寸精度和高的机械强度，并能够减小重量和尺寸。而且，由于具有形成在覆盖材料中的可裂部分，电池组件能够释放在异常状态的情况下生成的气体，因此提供了高的安全度。

下面描述了构成电池组件的覆盖材料和可裂部分，然后描述了电池组件的其它组成部分。

传统材料

关于传统材料，优选的是使用复合材料，其包括形状保持聚合物和填料材料。关于形状保持聚合物，优选的是对填料材料具有亲和性、兼容性、或反应性并能够表现出高的尺寸精度和高的机械强度的树脂。

普通的树脂在加热到高于树脂的熔化温度或玻璃转化温度大约50到150℃时表现出流动性。因此，当包括树脂的覆盖材料填充进入成型模具时，覆盖材料要求加热到如例如180到450℃高的温度。

但是，当加热到高的温度的覆盖材料填充进入成型模具时，构成容纳在成型模具中的电池元件的聚乙烯基间隔件被熔化，从而关闭间隔件中的微孔，导致了间隔件功能失效的问题。另外，存在用作非水电解质的物理凝胶比如聚偏乙烯氟化物(PVdF)熔化的可能性，这样使得电池变形。而且，还存在结合进入保护电路板的装置，比如正温度系数(PCT)(术语“正温度系数”表示特性使得随着温度升高电池电阻增加，这样使得正系数变化，并且在本说明书中，“PCT”表示具有如上特性的装置)或温度熔断器等遭受损伤，这样使得可能无法用作保护电路板。

因此，关于用在覆盖材料中的形状保持聚合物，优选的是使用能够优选地在120℃或更低温度下(更为优选地，在30到100℃，进一步优选地在50到90℃)固化的热固性树脂，或由于紫外光照射而紫外固化的树脂。

形状保持聚合物的特定实例包括选自包括氨基甲酸乙酯树脂、丙烯酸类树脂和环氧树脂的组中的树脂，和从氨基甲酸乙酯树脂、丙烯酸类树脂和环氧树脂中选择的两种或多种树脂的混合物。

如上的固化树脂具有优秀的流动性，使得与热塑性树脂所用的时间相比，从注射树脂进入成型模具至固化的完成的时期比较长，并且因此固化树脂能够填充在成型模具内的窄的围绕空间中。由这个原因，与使用热塑性树脂的覆盖材料相比，通过在覆盖材料中使用如上的树脂，覆盖材料的厚度可减少(使用热塑性树脂的覆盖材料具有数百μm的厚度，而使用固化树脂的覆盖材料具有数十到几个μm的厚度)，并且因此能够减小尺寸和重量。而且，通过在覆盖材料中使用如上的固化树脂，相比于金属板，覆盖材料能够加工成较小的厚度，而具有更为优秀的生产率。

因此，通过在覆盖材料中使用如上的固化树脂，电池组件能够提高体积能量密度，并且电池组件能够容易地形成，并且进一步地，尺寸精度得以提高以增加产量，这样使得设计的自由度，比如尺寸和形状，能够依据不同的应用而增加。

用作形状保持聚合物的固化树脂的实例包括单包装类型、双包装类型、或三包装类型，并且，着眼于获得易于存储的特性和高的生产率，优选的是使用双包装型固化树脂而不是单包装型固化树脂，单包装型固化树脂需要低温存储场所或当没有存储场所时要求延长的固化时间。从获得高的生产率的着眼点出发，优选的是使用双包装型固化树脂，其易于混合，而不是三包装型的固化树脂，其需要麻烦的混合操作。

关于覆盖材料，除形状保持聚合物之外，优选地使用固化剂、紫外光吸收材料、光稳定剂中的任何一种。

为提高覆盖材料的机械强度，优选的是形状保持聚合物在提供灵活性的无定形部分和提供表面硬度的结晶部分之间具有良好的平衡。

当固化剂与形状保持聚合物一起使用时，优选的是组合使用具有两个或多个交联点的固化剂用于减少长的聚合物链中的交联点以形成提供灵活性的无定形部分，及具有三个或多个交联点的固化剂用于增加聚合物链中的交联点以形成提供硬度的结晶部分。

优选的是覆盖材料在通常状态下具有优秀的抗冲击特性和优秀的机械强度，在异常状态的情况下，覆盖材料易于破裂开开口以容易地释放电池生成的气体至电池组件外侧。

为满足如上的要求，优选的是用在覆盖材料中的形状保持聚合物所具有的玻璃转化温度等于或高于电池组件的通常状态下的温度，并且其等于或低于异常状态下的温度。

当形状保持聚合物的玻璃转化温度等于或高于电池组件的通常状态中的温度时，构成形状保持聚合物的聚合物的热运动受到抑制，这样使得形状保持聚合物在通常状态下保持硬度，由此表现出优秀的机械强度。

另一方面，当形状保持聚合物的玻璃转化温度等于或低于异常状态下的温度时，构成形状保持聚合物的链聚合物的热运动较为剧烈，以表现出挠性，这样使得覆盖材料易于破裂开开口。

形状保持聚合物的玻璃转化温度(Tg)能够通过差式扫描量热法(DSC)进行测量。

形状保持聚合物的玻璃转化温度(Tg)优选地在45-130℃、更优选地，0-120℃，再优选地80-110℃的范围内。

优选的，覆盖材料是复合材料，其包括形状保持聚合物和填料材料。关于填料材料，能够使用陶瓷填料、金属氧化物填料、或金属氮化物填料。

金属氧化物填料或金属氮化物填料的实例包括硅(Si)、铝(Al)、钛(Ti)、锆(Zr)、锌(Zn)、或镁(Mg)的氧化物或氮化物、及上面的氧化物或氮化物的任意混合。金属氧化物填料或金属氮化物填料提高了覆盖材料的硬度和热传导性，并且包括金属氧化物填料或金属氮化物填料的层可以布置为贴接于包括形状保持聚合物的层，或者金属氧化物填料或金属氮化填料可以混合进入包括形状保持聚合物的层。在这种实例中，优选的是金属氧化物填料或金属氮化填料均匀地散布在形状保持聚合物的整个层中。

混合的填料材料的数量可以适当地依据形状保持聚合物的类型变化，但优选的是基于形状保持聚合物的总的质量的3-60％的数量。当混合的填料材料的数量小于3％时，可能无法获得具有令人满意的硬度的覆盖材料。在另一方面，当混合的填料材料的数量大于60％时，可以发生生产中的成型性或陶瓷的脆性的问题。

当填料材料具有过小的平均粒子尺寸时，覆盖材料的硬度增加，但成型期间用材料填充模具受到不良影响，这引起了生产率的问题。在另一方面，当填料材料具有过大的平均粒子尺寸时，难以获得所希望的强度，这样使得存在无法获取用于电池组件的令人满意的尺寸的可能性。因此，填料材料优选的具有0.5μm到40μm平均粒子尺寸，更为优选的是2μm到20μm。

关于填料材料的形状，能够采用比如球形形状、薄片形状、板状和针状形状。不存在特别的限制，但是优选的的是球形形状，因为它易于制备并且能够以低的成本获得具有均匀平均粒子尺寸的填料材料，并且采用具有高的长宽比的针状形状的填料材料是优选的，因为该填料材料易于提高强度。薄片状填料材料是优选的，因为当混合的填料材料的数量增加时能够提高填充特性。依据材料的使用，具有不同平均粒子尺寸的填料材料能够组合使用。

由于在用于整体地覆盖电池和保护电路板的覆盖材料中使用上述的特定形状保持聚合物和填料材料，本发明的实施例的电池组件的优点不仅在于电池组件具有高的尺寸精度和高的抗冲击性及高的机械强度，另外还在于它能够减小尺寸(减小厚度)和重量。

覆盖材料优选的具有如下的物理特性。

覆盖材料优选地具有10MPa到120MPa的弯曲强度，更为优选地是20MPa到110MPa，进一步优选地是70MPa到100MPa，其依据JIS(日本工业标准)K7171进行测量。

覆盖材料优选地具有30MPa到3000MPa的弯曲模量，更为优选地是250MPa和2500MPa，进一步优选地是1000MPa到2500MPa，其依据JISK7171进行测量。

覆盖材料优选地具有D30和D99a的硬度计D硬度，更为优选地是D60到D99，其依据JIS K7215进行测量。

关于覆盖材料，优选的是在例如60℃或更高的温度的异常状态下的温度下所测量的硬度计D硬度小于在如JIS K7215中描述的标准温度(23+2℃)下测量的硬度计D硬度。当在异常状态下的温度下的覆盖材料的硬度小于在标准温度时的硬度时，覆盖材料易于由于异常状态中生成的气体而裂开开口。当在通常的操作温度和异常环境中的温度之间的壳体硬度不存在差异时，则当覆盖材料设定为在异常状态下的温度中易于裂开时，可能难以保证通常操作中的强度。当在通常的操作温度和异常环境的温度之间的壳体硬度无差异时，作为聚合物电池的特性，当覆盖材料在通常操作中确保了令人满意的强度时，在异常环境中的温度中存在易于裂开开口的可能性，由此使得难以获取安全性。

覆盖材料优选地具有D3到D60的硬度计D硬度，更为优选地为D5到D30，其在比如60℃或更高温度的异常状态下的温度中进行测量。当覆盖材料具有在60℃或更高温度下测量得到的D5到D30的硬度计硬度时，覆盖材料在异常状态的情况下易于由于生成的气体而裂开开口，并且气体得以释放至电池组件的外侧以防止电池组件爆裂，由此提供安全性。

可裂部分：薄壁部分

形成在覆盖材料中的可裂部分描述如下。

关于形成在覆盖材料中的可裂部分的优选的实施例的实例，优选的是可裂部分是薄壁部分，其由形成在填充成型模具并被固化的覆盖材料中的填充标记构成。

在依据本发明的实施例的电池组件中，如上所述，覆盖材料包括特定的具有特定玻璃转化温度的形状保持聚合物，并且此外包括薄壁部分的可裂部分形成在覆盖材料中。而且，即使在具有形成为使得聚合物电池由覆盖材料覆盖的电池组件中，薄壁部分在异常状态的情况下易于由于从电池生成的气体裂开开口，以穿过从可裂开口薄壁部分形成的气体释放孔而释放气体至电池组件外侧，这样使得避免电池组件爆裂，由此提供了安全性。

当薄壁部分形成在覆盖材料中时，薄壁部分用作在异常状态中的可裂部分。因此，关于具有通过使用覆盖材料而组合成一个单元的电池和保护电路板的电池组件，希望的是与未形成薄壁部分的电池组件相比较，具有形成在覆盖材料中的薄壁部分的电池组件具有较小的抗冲击能力。

但是，本发明人意外地发现具有所形成的薄壁部分的电池组件具有的抗冲击能力高于不具有所形成的薄壁部分的电池组件的抗冲击能力。

推测这种情况的原因在于形成在覆盖材料中的薄壁部分吸收了跌落等的冲击以提高抗变形能力。

通过在覆盖材料中形成构成可裂部分的薄壁部分，本发明的实施例的电池组件不仅能够获得安全性还能够提高机械强度。

下面，描述了构成可裂部分的薄壁部分的优选的实施例。构成可裂部分的薄壁部分的形状不局限于下面所示的实例，形成薄壁部分的位置可以是电池组件的侧面部分、顶部和底部的任何一处。电池组件的侧面部分指接近两侧处的部分，顶部指接近在其上布置了电池的正极端子和负极端子的一侧的部分，并且底部指示接近相对于顶部的一侧的部分。

图1到5示出了形成在覆盖材料1中的薄壁部分2的优选实施例的实例的顶视图。

如在图1A中所示，构成形成在覆盖材料中的可裂部分的大体上矩形板形状的薄壁部分2(形成在覆盖材料1的最大表面的部分中的槽部分或凹陷部分)优选地形成在覆盖材料1的最大表面3(特定地，顶面和背面)的至少一个表面中，并且可以形成两个表面中。

当薄壁部分2形成在覆盖材料1的最大表面3中时，由薄壁部分2组成的可裂部分接近于覆盖电池元件的包封构件的密封部分形成，这样使得薄壁部分2在异常状态的情况下易于由于生成的气体裂开开口以释放气体至电池组件外侧。

而且，如在图1A中所示，优选的是薄壁部分2从相互交叉的两段凹陷部分形成旋转对称体。

当薄壁部分2形成如上的旋转对称体时，从电池生成的气体施加均匀的压力至覆盖材料1的整个最大表面3，这样使得薄壁部分顺利地裂开开口以形成气体释放孔4，由此提高安全性(见图1B)。

旋转对称意味着，当特定形状相对于特定旋转中心轴旋转时，旋转形状恢复到初始形状。

图2示出了具有由弯曲段凹陷部分组成的薄壁部分2a的电池组件的顶视图，弯曲段凹陷部分是弯曲的并沿最大表面3的中心的方向成圆形，其形成在图1中示出的从相互交叉的两段凹陷部分形成旋转对称体的薄壁部分2的各个端部。

图3示出了电池组件的顶视图，所示出的电池组件具有薄壁部分2，该薄壁部分从在覆盖材料1的最大表面3的对角线上形成的相互交叉的两段凹陷部分形成旋转对称体，并具有薄壁部分2a，该薄壁部分2a由形成在薄壁部分2的各个端部处的弯曲段凹陷部分组成，所述弯曲段凹陷部分是弯曲的并沿最大表面3的中心的方向成圆形。

薄壁部分2、2a都有利于开裂的开口用以扩大气体释放孔。关于构成可裂部分的薄壁部分，其形成为使薄壁部分如图1到3中示出的与覆盖材料在同一平面中，即使当薄壁部分破裂以在覆盖材料中形成气体释放孔时，也可以防止分裂的覆盖材料的小片散落，由此提高安全性。

图4和5示出了形成在覆盖材料1中的薄壁部分2的优选实施例的另外的实例的顶视图。

图4A示出了实例，在其中包括一个矩形的、封闭的线性凹陷部分的薄壁部分2形成在覆盖材料1的最大表面3的朝向容纳在覆盖材料1中的电池的端子的部分中，并且图5示出了实例，在其中包括四个多边形(十边形或星形形状)的封闭的线性凹陷部分的薄壁部分2接近于覆盖材料1的最大表面3的顶部形成。

在异常状态的情况下生成的气体有可能从电池的端子部分生成，并且因此，当构成可裂部分的薄壁部分2形成在朝向电池的端子的位置中时，薄壁部分2有利地易于由于从电池生成的气体而裂开，以使气体释放孔4(见图4B)的形成变得容易。

图6是具有形成了构成可裂部分的薄壁部分2的电池组件的侧视图。如在图6所示，构成可裂部分的薄壁部分2优选地具有厚度(凹陷部分的深度)t，厚度t相对于覆盖材料1的厚度T为20％到85％，更为优选地是40％到80％。

当薄壁部分的厚度大于厚度T的85％并且为100μm或者更大时，薄壁部分2并不易于裂开开口，这样使得气体不能释放到电池组件的外部。在另一方面，当薄壁部分的厚度t小于厚度T的20％时，电池组件的机械强度降低。在图6中，参考序号10标识电池，参考序号32标识保护电路板，并且参考序号34标识缓冲材料。

优选地，构成可裂部分的薄壁部分由在填充成型模具并固化的覆盖材料中的凸起痕记(填充痕记)组成，其通过形成在或贴附至成型模具的凸起形成。由于形成在成型模具上的凸起或例如可分离地贴附于成型模具的凸起，构成可裂部分的薄壁部分能够容易地与覆盖材料一起整体地覆盖电池和电路板一起形成在覆盖材料中。由此形成的薄壁部分能够用作包封电池组件的切口。

用于形成构成可裂部分的薄壁部分的方法并不局限于如上的实例，并且，例如，可以使用在其中覆盖材料被模压并且然后凹槽部分机械地形成在覆盖材料的表面中的方法，并且形成的凹槽部分用作薄壁部分。

可裂部分：脆性构件

描述了形成在覆盖材料中的可裂部分的优选的实施例的另外的实例。

优选地，可裂部分包括与电池和保护电路板一起嵌入在覆盖材料中的脆性构件，其中脆性构件具有小于覆盖材料的机械强度的机械强度。优选地，脆性构件在其间具有中空部分。

在异常状态的情况下生成的气体施压脆性构件或流(flow)进入脆性构件的中空部分，并且然后脆性构件变形，例如，在覆盖材料内裂开，并且导致脆性构件变形的能量允许覆盖材料裂开开口以形成气体释放孔，这样使得气体释放到电池组件外侧以防止电池组件爆裂，由此使得可以获得电池组件的安全性。

关于构成可裂部分的脆性构件的形状，并没有特定的限制，并且可以使用具有通常的矩形体、立方体、圆柱体、圆锥形、棱柱、或棱锥的形状的脆性构件。

优选的，脆性构件具有脆性构件的一个表面的一侧的长度，其长度对应于覆盖材料的最大面积的最长侧边的长度的3％或更大，或者其长度为1mm或更长，并且脆性构件优选地具有的厚度为覆盖材料的总的厚度的20％或更大或者具有100μm或更小的厚度。

当脆性构件具有如上范围中的尺寸时，脆性构件变形，例如，由于在异常状态的情况下生成的气体而裂开并且变形带来的能量一定会使得覆盖材料裂开开口，使得可以释放气体至电池组件外部。

脆性构件能够使用已知的具有的机械强度小于在推测发生异常状态时的温度下(例如，60℃或者更高的温度)的覆盖材料的机械强度的树脂形成。例如，脆性构件能够使用橡胶、塑料等形成。

优选的，脆性构件在60℃时具有硬度计D硬度D3到D60，其依据JISK7215测量，并且脆性构件在60℃时具有硬度计A硬度A20到A90，其依据JIS K6253测量。

当脆性构件具有如上范围中的硬度时，脆性构件在假设发生异常状态的例如60℃或更高的温度范围中由于从电池生成的气体等首先进行变形，比如爆裂，这样变形带来的能量允许覆盖材料裂开开口，使得可以释放气体至电池组件外部。

脆性构件优选地包括选自包括灭火剂和吸热剂的组中的至少一个构件。

当脆性构件包括选自包括灭火剂和吸热剂的组中的至少一个构件时，在例如200℃或更高温度的异常状态中，气体不可避免地从电池生成，灭火剂或吸热剂能够从已经由于气体而变形的脆性构件释放出以抑制由气体所导致的温度升高，

灭火剂和/或吸热剂可以混合进入脆性构件并包括在脆性构件中，或者可以放入脆性构件中的中空部分内。

关于灭火剂，通常已知的灭火剂，例如能够使用比如哈龙2402、哈龙1211、或哈龙1301的卤素化合物，比如磷酸铵的磷化合物，比如碳酸氢钠或碳酸氢钾的碳酸化合物，或主要包括表面活性剂的发泡化合物。

关于吸热剂，可以使用例如：陶瓷，比如氧化铝或硅石；包括金属的粉末，比如金属镍或金属陶瓷；或采用树脂固化的粉末，其具有高于2J/K·cm³的容积热容量。

下面，形成构成可裂部分的脆性构件的位置将参考附图进行描述。

图7到9示出了具有在其中形成脆性构件5的覆盖材料1的优选实施例的实例的顶视图。

图7示出了在其中脆性构件5形成在电池10的正极端子15a和负极端子15b之间的状态，图8示出了在其中脆性构件5、5各自地形成在电池10的正极端子15a的上部和负极端子15b的上部的状态，并且图9示出了在其中单个脆性构件5形成在电池10的正极端子15a的上部和负极端子15b的上部之上的状态。在图7到图9中，参考序号32标识保护电路板。

当脆性构件接近电池10的正极端子15a和负极端子15b形成时，脆性构件5易于由于在异常状态的情况下生成的气体而变形并且变形带来的能量一定会使得覆盖材料裂开开口以形成气体释放孔，这样使得气体被容易地释放至电池组件的外部，由此使得可以避免爆裂的危险。

图10和11示出了其中具有嵌入的脆性构件5的覆盖材料1的优选的实施例的另外的实例的侧视图。

图10示出了在其中脆性构件5形成在电池10的端子15的外侧中的状态，并且图11示出了在其中脆性构件5形成在保护电路板32和电池10的外侧中的状态。

在图10和图11中示出的实例中，脆性构件5接近覆盖材料1的顶部形成，但是该位置并不局限于实例，并且脆性构件5可以形成在覆盖材料1的侧面部分或覆盖材料1的顶部或底部中，或者可以形成在成型模具内围绕电池和保护电路板的空间中的任一位置中。可以形成单个脆性构件或者多个脆性构件。

优选地，构成可裂部分的脆性构件通过在成型模具内的环绕空间中布置脆性构件形成，

下面，参考附图详细描述电池组件。

图12到18示出了依据本发明的实施例的电池组件，并且，如在图16中示出的，电池组件包括具有覆盖有金属层压膜17的电池元件10的电池20。在电池20中，电池元件10容纳在形成在层压膜17中的容器部分17a(中空部分17a)中，并且层压膜的边缘部分被密封。在这种情况下，依据矩形板形状的电池元件10，层压膜17中的中空部分17a具有矩形板形式的空间。

如在图17中示出的，电池元件10包括：条状正极11；间隔件13a；相对于正极11布置的条状负极12；和间隔件13b，其彼此堆叠并且沿纵向方向螺旋缠绕在一起，并且凝胶电解质14覆盖到每个正极11和负极12的两个侧面。

连接到正极11的正极端子15a和连接到负极12的负极端子15b(下文中，如果没有特别指明，称为“电极端子15”)从电池元件10电延伸。正极端子15a和负极端子15b分别覆盖有密封剂16a和16b(下文中，若无特别指明，常称为“密封剂16”)作为树脂件，其包括用于提高与层压膜17的粘性的马来酸酐改性聚丙烯等，随后层压膜17覆盖电池元件。

在下文中，上述电池的组成部分(在覆盖了覆盖材料之前)将得以详细描述。

正极

正极包括阴极活性材料层，其包括活性材料并形成在正极集流体的两侧上。正极集流体包括金属箔，比如铝(Al)箔。在另一方面，阴极活性材料层包括例如：阴极活性材料；导体；和粘合剂。阴极活性材料、导体、粘合剂和溶剂以任意数量混合，只要它们均匀地分散。

关于阴极活性材料，依据所希望的电池的类型，能够使用金属氧化物、金属硫化物、或特定聚合物。例如，当形成锂离子电池时，能够主要地使用锂和过渡金属的复合氧化物，由下面的公式(1)表示：

Li_XMO₂···(1)

其中M表示至少一种过渡金属，及X依据电池的充电或放电状态变化，并且通常为0.05到1.10。

关于构成锂复合氧化物的过渡金属(M)，能够使用钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)等。

锂复合氧化物的特定实例包括LiCoO₂、LiNiO₂、LiMn₂O₄和LiNiyCo_1-y O₂(0<y<1)。通过用另外的成分替换锂复合氧化物中的过渡金属成分的部分而获得的固溶体可以得以使用，并且固溶体的实例包括LiNi_0.5Co_0.5O₂和LiNi_0.8Co_0.2O₂。这些锂复合氧化物能够产生高的电压并具有优秀的能量密度。可选地，关于阴极活性材料，可以使用不容纳锂的金属硫化物或氧化物，比如TiS₂、MoS₂、NbSe₂、或V₂O₅。这些阴极活性材料可以各自地使用或组合使用。

关于导体，可以使用比如碳黑或石墨的碳材料。关于粘合剂，例如，可以使用聚偏乙烯氟化物或聚四氟乙烯。关于溶剂，例如可以使用N-甲基吡咯烷酮。

上述的阴极活性材料、粘合剂和导体紧密地相互混合以制备阴极复合物，并且制备的阴极复合物分散在溶液中以形成浆体。然后，形成的浆体通过刮涂工艺等均匀覆盖到阴极集流体，并且然后在高的温度中干化以去除溶剂，随后加压，由此形成阴极活性材料层。

正极11具有通过点焊或超声波焊接而连接到正极集流体的一个端部的正极端子15a。正极端子15a希望包括金属箔或网孔，但端子可以包括除金属之外的任何材料，只要材料电化学和化学稳定并能够实现导电。用于正极端子15a的的实例包括铝。

负极

负极包括阳极活性材料层，其包括阳极活性材料并形成在负极集流体的两个侧面上。负极集流体包括金属箔，比如铜(Cu)箔、镍箔、或不锈钢箔。

阳极活性材料层包括例如阳极活性材料，并且可选地，包括导体和粘合剂。如阴极活性材料层，阳极活性材料、导体、粘合层和溶剂可以以任何的数量混合。

关于阳极活性材料，可以使用金属锂、锂合金、能够掺杂锂和除掺杂的碳材料、或金属材料和碳材料的复合材料，能够掺杂锂和除掺杂的碳材料的特定实例包括石墨、难石墨化碳、及易石墨化碳。更特定地，可以使用碳材料，比如热解碳、焦炭(沥青焦、针状焦、或石油焦)、石墨、玻璃状碳、有机聚合物化合物的锻烧产物(通过采用适当温度下的锻烧而碳化酚醛树脂、呋喃树脂等获得)、碳纤维、或活性碳。而且，关于能够与锂掺杂或除掺杂的材料，可以使用比如聚乙炔或多吡咯的聚合物、或比如SnO₂的氧化物。

关于能够与锂形成的合金的材料，可以使用多种类型的金属，但其中通常使用的有锡(Sn)、钴(Co)、铟(In)、铝、硅、或它的合金。当使用金属锂时，并不经常必须混合锂与粘合剂以形成覆盖膜，并且可以采用轧制的锂金属箔通过施压而接合于集流体的方法。

关于粘合剂，例如，可以使用聚偏乙烯氟化物或者丁苯橡胶。关于溶剂，例如，可以使用N-甲基吡咯烷酮或甲基乙基甲酮。

上述的阳极活性材料、粘合剂和导体紧密地相互混合以制备阳极复合物，并且制作的阳极复合物分散在溶剂中以形成浆体。然后，所得到的浆体由与阳极相同的方法而均匀覆盖到负极集流体，并且然后在高温下干燥以去除溶剂，随后施压，由此形成阳极活性材料层。

如同正极11，负极12具有通过点焊或超声波焊而连接到集流体的一个端部的负极端子15b，并且负极端子15b可以包括除金属之后的任何材料，只要材料是电化学和化学稳定的并且能够实现导电。用于负极端子15b的材料的实例包括铜和镍。

如上所述，当电池元件10矩形板形状时，优选的是阳极端子15a和阴极端子15b从相同侧(通常是一个较短侧)电延伸，但是它们可以从任何侧电延伸，只要不发生短路并且对于电池性能没有负面影响。关于正极端子15a和15b的连接，连接位置和用于连接的方法并不局限于如上所述的实例，只要能够进行电性接触。

电解质溶液

在电解质溶液中，能够使用通常在锂离子电池中使用的电解质盐和非水溶剂。

非水溶剂的特定实例包括：碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、g-丁内酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸二丙酯、乙基丙基碳酸酯和通过用卤素替换上述碳酸盐中的氢而获得的溶剂。这些溶剂可以分别地使用或组合使用。

关于作为电解质盐的实例的锂盐，能够使用通常的用于电池的电解质溶液中使用的材料。特定的实例包括：LiCl、LiBr、LiI、LiClO₃、LiClO₄、LiBF₄、LiPF₆、LiNO₃、LiN(CF₃SO₂)₂、LiN(C₂F₅SO₂)₂、LiAsF₆、LiCF₃SO₃、LiC(SO₂CF₃)₃、LiAlCl₄和LiSiF₆。从着眼于获得优秀的抗氧化性出发，希望使用LiPF₆或LiBF₄。锂盐可以分别使用或组合使用。溶解在非水溶剂中的锂盐的浓度可以具有任意的浓度，只要锂盐能够溶解在如上的非水溶剂中，但是非水溶剂中的锂离子浓度优选地在0.4到2.0mol/kg范围内。

当使用凝胶电解质时，如上的电解质溶液与基体聚合物胶化以获得凝胶电解质。关于基体聚合物，可以使用任何兼容于包括如上的溶解在非水溶剂中的电解质盐的非水电解质溶液并能够胶化的聚合物。基体聚合物的实例包括聚合物，其包括：采用重复单位的聚偏乙烯氟化物、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、聚丙烯腈、或聚甲基丙烯腈。这些聚合物可以分别使用或组合使用。

在这些材料中，特别地优选的基体聚合物是聚偏乙烯氟化物或共聚物，其包括掺合进入聚偏乙烯氟化物的六氟丙稀，数量为7.5％或更低。聚合物通常具有范围从5.0×10⁵到7.0×10⁵500000到700000)的数量平均分子量，或从2.1×10⁵到3.1×10⁵(210000到310000)的数量平均分子量和范围从1.7到2.1dl/g的固有粘度。

间隔件

间隔件例如包括：由比如聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)的聚烯烃制成的渗透膜；或由比如陶瓷非纺织物的无机材料制成的渗透膜，并可以包括堆叠成为层压结构的两个或多个渗透膜。在这些材料中，由聚丙烯或聚乙烯制成的渗透膜是最有效的。

通常，可用的间隔件优选地具有5到50μm的厚度，更为优选地为7到30μm。当间隔件具有过大的厚度时，活性材料与间隔件的比率降低而降低了电池的容量，并且此外，离子导电性减弱，这样使得电流特性变得糟糕。在另一方面，当间隔件的厚度过小时，间隔件的膜的机械强度减小。

电池制备

由此制备的凝胶电解质溶液均匀地覆盖到每个正极11和负极12，这样使得阴极活性材料层和阳极活性材料层分别地浸透凝胶电解质溶液，随后以室温存储或干燥，以形成凝胶电解质层14。

然后，使用每个在其上具有凝胶电解质层14的阳极11和阴极12，阳极11、间隔件13a、负极12和间隔件13b按此顺序彼此堆叠并且然后螺旋缠绕在一起以形成电池元件10。随后，电池元件10被容纳在层压膜17的容器部分(中空部分)17a中并用膜覆盖以获得凝胶非水电解质二次电池。

关于层压膜17，可以使用已知的金属层压膜，例如，铝层压膜。关于铝层压膜，有利地使用了适合于拉伸并适合于形成用于在其中容纳电池元件10的容器部分17a的膜。

一般地，铝层压膜具有包括粘合层和布置在铝层的两侧上的表面保护层，并且从内侧(即，电池元件10的表面的一侧)开始采用如下的顺序进行布置：作为粘合层的聚丙烯层，作为金属层的铝层，作为表面保护层的尼龙层或聚对苯二甲酸乙酯层(PET层)。

在本实施例中，如在图16和17中示出的，电池元件10覆盖有如上描述的层压膜17，并且围绕电池元件10的膜被热封以形成电池20。

电池元件10覆盖有层压膜17并且膜被如上描述地密封并且然后，如在图18A和18B中所示，在容纳电池元件10的容器部分17a的两侧上的部分17b(下文中，经常称为“侧封部分”)沿着容器部分17a的方向弯曲。

优选地，弯曲角度θ在80到100°的范围内。当弯曲角度小于80°时，容器部分17a的两侧上的侧封部分17b打开过宽使得电池20的宽度增加，使其难以减小电池20的尺寸和提高电池容量。100°的弯曲角度作为上限是依据容器部分17a的形成确定的，并且，当容器部分在其中容纳平面型电池元件10时，弯曲角度的上限大约为100°。用于侧封部分17b的热封宽度优选地为0.5到2.5mm，更为优选地为1.5to2.5mm。

为减小电池20的尺寸并提高电池容量，优选地，侧封部分17b的弯曲宽度D等于或小于容器部分17a的高度h或电池元件10的厚度。而且，为减小非水电解质二次电池20的尺寸并提高电池容量，优选的是弯曲的数目是一。

下面，描述了用于生产依据本发明的实施例的电池组件的方法。

在用于生产依据本发明的实施例的电池组件的方法中，由此制备的非水电解质二次电池20与能够控制电池的电压和电流的保护电路板和间隔件一起被容纳在成型模具内的环绕空间中，并且电池和保护电路板使用隔离件布置在空腔内的预定位置中，并且然后空腔被填充包括形状保持聚合物和填料的覆盖材料，以固化覆盖材料，由此获得覆盖有覆盖材料的电池组件。

而且，在用于生产依据本发明的实施例的电池组件的方法中，使用形成在成型模具上或联接到成型模具的凸起，作为填充痕记(filling mark)的由薄壁部分组成的并能够在异常状态的情况下由于从电池生成的气体而裂开开口的可裂部分形成在填充在成型模具内环绕电池和保护电路板的空间并被固化的覆盖材料中。

可选地，在用于生产依据本发明的实施例的电池组件的方法，替代于由薄壁部分组成的形成在覆盖材料中的作为填充痕记的可裂部分，如下形成由能够在异常状态的情况下由于从电池生成的气体而变形的脆性构件组成的可裂部分。脆性构件与电池和保护电路板一起布置在空腔内的预定位置中，并且然后空腔被填充包括形状保持聚合物和填料的覆盖材料，以固化覆盖材料，由此形成由脆性构件组成的可裂部分。

关于在如上实施例中使用的成型模具，不存在特别的限制，只要覆盖有铝层压膜17的电池20、保护电池板、隔离件、可选用的缓冲材料(在下面提到)，以及形成薄壁部分或脆性构件的凸起能够布置在成型模具的空腔中就可以，但是成型模具通常具有两个或多个用于引导熔态模型材料进入空腔的门。因此，在形成的电池组件中，对应于门的固化的过多的成型材料保留在覆盖材料的任意部分，并且，在本实施例中，过多的模型材料被切除，但轻树脂填充痕记被保留。

保护电路板通常布置在正极端子15a和负极端子15b之上(见图16)。当电池20矩形板形状时(将要形成的电池覆盖材料矩形板形状)，缓冲材料布置在端子15a和15b电延伸的一侧上或相对侧上，或者两侧上。特别地，在图16中，缓冲材料布置在矩形板形状的电池20的一个短侧上或两个短侧上。由此布置的保护电路板和缓冲材料通过使用覆盖材料而与电池20组合成为一个单元。

缓冲材料不仅保护电池和保护电路板，而且提高了形成的电池组件的抗冲击能力。因此，作为用于缓冲材料的材料，优选的是使用具有抗冲击力及优秀的尺寸精度的树脂，比如聚碳酸脂、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)树脂、聚丙烯、或聚乙烯、比如铝或不锈钢的金属、或插入成型到比如铝的金属材料内的树脂材料。

在本发明的实施例中，不同于已知的电池组件，所有的尺寸变化能够由形状保持聚合物吸收，并且因此不同类型的橡胶塑料能够更多地使用。特别地，能够使用天然橡胶、硫化合成橡胶，比如聚丁二烯、丁二烯-丙烯腈、苯乙烯-丁二烯、或氯丁二烯、硬橡胶、氨基甲酸乙酯橡胶、或硅橡胶。

下面，描述了生产依据本发明的电池组件的方法。如在图13中示出的，用于提高刚度和树脂咬合，沿电池20的侧边形成的侧封部分17b首先沿图中示出的折线弯曲用以获得图14A中示出的状态。

然后，保护电路板32和缓冲材料34布置在电池20的顶侧上并且缓冲材料33布置在底侧上，采用圆柱形状的隔离件35布置一对表面17c上，表面17是电池20的六个平面中的最大表面，并且在该状态中，如由图14B和14C中示出的虚线标识的，它们布置在成型模具C的空腔Ca中，并且然后包括形状保持聚合物和填料的覆盖材料18被填充进入成型模具C的空腔Ca。

未示出的用于形成构成覆盖材料中的薄壁部分的填充痕记的凸起形成在成型模具C中。

在该实例中，隔离件35接触成型模具C，并且因此电池20和保护电路板32以高的精度保持在空腔中的预定位置中。另外，隔离件35布置以使得它们覆盖电池20的最大表面17c并保护用于覆盖材料18的填充空间，并且由此覆盖材料18流动到整个空腔Ca。

包括形状保持聚合物和填料的覆盖材料18然后在空腔Ca中固化以获得本实施例的电池组件30，在其中，如在图12中示出的，铝层压膜17覆盖有覆盖材料18。在本实例中，隔离件35与固化的覆盖材料18组合成为一个单元并保持在电池组件30中。在覆盖材料18中，如在图12或图14中示出的，构成可裂部分的作为填充痕记的薄壁部分2得以形成。

替代于由薄壁部分2组成的可裂部分，未示出的构成可裂部分的脆性构件能够与电池20和保护电路板32一起布置在空腔Ca中，并与电池和保护电路板32一起覆盖有覆盖材料18，以获得电池组件。

依据本发明的实施例，如上所描述的，能够获得的电池组件的优势不仅在于电池组件具有高的尺寸精度和高的机构强度，而且在于它能够减小尺寸和重量。电池组件30通常具有连接端子用于连接电池至外部电子装置，但是在如上的实施例中省略对此的描述。

在如上的实施例中，描述了使用凝胶电解质的非水电解质二次电池20，但本发明能够应用于使用电解质溶液的覆盖了层压膜的电池组件。在该实例中，省略在如上实施例中应用凝胶至正极和负极的表面的步骤，及用于装填电解质溶液的步骤插入用于层压膜的热封步骤中。更特别地，矩形板形状的电池元件10的三侧被热封并且然后电解质溶液穿过保留的一个开口侧被填充，随后热封该侧。所得到的密封部分具有整体上矩形框架的形状。

在如上的实施例中，描述了实例，在实例中电池元件10包括螺旋缠绕在一起的正极11、负极12和隔离件13a、13b，其中每个隔离件布置在正极和负极之间，但是，显然，本发明能够应用到具有如图19中示出的电池元件10的电池组件，该电池元件10包括彼此堆叠的正极11、负极12和隔离件13，其中隔离件布置在正极和负极之间。

实例

下文中，将参考下面的实例和比较实例更为详细地描述本发明，实例和比较实例不应解释为限制了本发明的范围。

实例1到16

示出了嵌入在覆盖材料中的具有由脆性构件组成的可裂部分的电池组件的实例。

首先制备覆盖有表1中示出的膜的电池，并将其连接到能够控制电池的电压和电流的保护电路板，并且，在此状态下，将电池插入成型模具内的环绕空间内并与具有表1中示出的形状的缓冲材料、隔离件和脆性构件一起固定到空腔内的预定位置。然后，包括表1中示出的填料材料的树脂穿过形成在成型模具的上部中的三个树脂入口孔而填充以填充空腔，每个入口孔具有0.5mm的孔尺寸，并且在过多的树脂开始从形成在成型模具的下部中形成的三个树脂喷射孔喷出时，允许成型模具在表1中示出温度下在恒温箱中保持表1中示出的一段时间，或者，使用透明成型模具，用波长365nm的紫外光保持照射树脂表1中示出的一段时间，以固化树脂，形成覆盖材料。保留在出料孔处的过多的树脂被切除，由此获得每个实例中的电池。

关于每个实例中的电池，表1中示出了覆盖材料中使用的树脂的玻璃转化温度(Tg)、依据JIS K7215测量的覆盖材料的硬度计D硬度，依据JISK7171测量的覆盖材料的弯曲强度和弯曲模量，及其它内容。

而且，关于每个实例中的电池组件，表1中示出了脆性构件的嵌入位置、尺寸、形状。

在表1中，“最大宽度”标识脆性构件的最大尺寸，“嵌入侧尺寸”标识覆盖材料的最大表面中的最大长度，并且“嵌入侧比率”标识最大宽度与嵌入侧尺寸的比率{最大宽度(mm)/嵌入侧尺寸(mm)

100(％)}。“最大厚度”标识脆性构件的最大厚度，并且“厚度与嵌入侧的比率”标识脆性构件的最大厚度与覆盖材料的厚度的比率(最大厚度/覆盖材料的厚度100(％))。

比较实例1到5

制备比较实例1中具有铝层压膜的电池。

比较实例2中的电池以与实例1到16相同的方式制备，除未使用脆性构件且空腔填充有未包括填料材料的树脂并且然后允许在温室下保持一天以固化树脂之外。

比较实例3和4中的电池组件以与实例1到16相同的方式分别地制备，除未使用脆性构件且未包括填料材料的树脂熔化并在表1中示出的温度下受到挤压并且固化表1中示出的一段时间之外。

比较实例5中的电池组件以与实例1到16中的相同方式得以制备，除未使用脆性构件且空腔填充有未包括填料材料的树脂并且然后允许在100℃的情况下保持1.5小时以固化树脂之外。

电池性能评估

(1)能量密度(Wh/l)评估

在23℃的温度下，重复进行上限4.2V/用时15小时的1C恒流和恒压充电以及1C恒流放电至最终2.5V的电压的步骤，并且根据第一循环中的放电容量确定额定能量密度。结果示出在表2中。

额定能量密度(Wh/l)＝(平均放电电压(V)×额定容量(Ah)}/电池体积(l)

注意1C表示一电流，以此电流，电池的理论容量能够在一个小时中释放完。

(2)跌落测试(A)

为观察实例中关于电池组件的机械强度的变化，每个实例制备十个电池组件，并且全部十个电池组件分别地允许从2米的高度跌落至水泥地面。该测试针对每个电池组件进行10次这样，使得电池组件的全部六个平面分别地撞击地面。未受损伤的电池组件的序号标识为OK，并且具有部件的破裂或受损去除的电池组件的序号标识为NG。结果示出在表2中。

(3)跌落测试(B)

关于每个实例，电池组件得以允许从1.2米高度跌落至水泥地面50次，并然后测量尺寸变化(Dt)。结果示出在表2中。

(4)过充测试

在未充电状态中具有850mAh额定容量的电池组件放置在50℃的恒温室中，并且18V的电压和1700mA(2C)的电流施加到正极和负极之间的端子3个小时以使得过充，并且观察温度变化以评估过充特性。

表2

 

	覆盖后厚度(μm)	尺寸	额定E密度(Wh/l)	从2m高度的跌落测试，10次	(参考)从1.2m高度的跌落测试后的尺寸变化Δt，50次	50℃时2C18V过充测量中的最高温度
							实例.1	250	413454	485	10电池组件全部OK	破裂/1.2	155
实例.2	250	413454	485	10电池组件全部OK	破裂/1.2	152
							实例.3	250	413454	485	10电池组件全部OK	破裂/1.2	118
实例.4	250	413454	485	10电池组件全部OK	1.1	107
							实例.5	250	413454	485	10电池组件全部OK	1	93
实例.6	250	413454	485	10电池组件全部OK	0.9	105
							实例.7	200	413454	495	10电池组件全部OK	0.8	110
实例.8	150	413454	505	10电池组件全部OK	0.5	65
							实例.9	150	413454	505	10电池组件全部OK	0.3	73
实例.10	150	413454	505	10电池组件全部OK	0.4	86
							实例.11	150	413454	505	10电池组件全部OK	0.2	92
实例.12	150	413454	505	10电池组件全部OK	0.2	71
							实例.13	150	413454	505	10电池组件全部OK	0.2	70
实例.14	150	413454	520	10电池组件全部OK	0.2	62
							实例.15	125	413454	530	10电池组件全部OK	0.1	61
实例.16	110	413454	545	10电池组件全部OK	0.1	72
							比较实例.1	-	383450	450	10电池组件NG	2.8	>400
比较实例.2	250	413454	460	8电池组件NG	破裂/2.4	>400
							比较实例.3	300	413454	无电池容量	10电池组件全部OK	2.1	-
比较实例.4	300	413454	无电池容量	10电池组件全部OK	2.2	-
							比较实例.5	250	413454	460	10电池组件NG	2.3	>400

能够从表2中看出，关于覆盖材料的厚度(覆盖后的厚度/μm)，在实例1到16的每个电池组件中，覆盖材料的厚度是250μm)或更小，并且电池组件能够减小厚度(或者减小尺寸和重量)。通过比较，在比较实例2到5的每个电池组件中，覆盖材料的厚度(覆盖后的厚度/μm))是250μm)或更大，并且电池组件的厚度降低(或尺寸和重量的减小)比实施例的电池组件较小。

能够从表2中看到，关于额定能量密度(Wh/l)，实例1到16中的电池组件具有高至485(Wh/l)或更高的电池容量。通过对比，比较实例1到5中的电池和电池组件具有低于实例1到16中的电池容量的电池容量，并且特别地，比较实例3和4中的电池组件无电池容量。

能够从表2中看到，关于从2米高度的跌落测试，实例1到16中的每个电池组件具有高的机械强度使得全部十个电池组件没有比如组件破裂或组件脱落的损伤。而比较实例1中的电池和比较实例2和5中的电池组件中的每一个具有低的机械强度，使得遭受组件破裂或组件脱落的电池或电池组件的数目较大。

而且，能够从表2中看到，关于从1.2米高度的跌落测试，实例1到16中的每个电池组件具有高的机械强度使得尺寸改变在1.1或更小。而比较实例1和5中的电池和电池组件具有低的机械强度，使得尺寸改变在1.2或更大。

依据表2中的过充测试的结果，关于实例1到16中的电池组件，已经发现最高温度较低(155℃或更低)并且比如气体溢出或燃烧等气失控情况即使在异常环境中也不会发生。而且，明显的，可裂开口排气孔能够快速裂开开口以抑制电池在初始阶段的内部压力升高，这样使得最高温度得以降低并能够在最低时降至61℃。

通过比较，关于比较实例1到5中的电池和电池组件，已经发现最高温度可以超过400℃并且比如气体溢出或燃烧的气失控会在异常环境中生。

采用矩形形状的电池组件的尺寸标识为例如383450或者413454。这些标识是通常的表达，其以从左到右的顺序意味着以0.1mm为单位的厚度、以1mm为单位的侧向尺寸、及以1mm为单位的长度方向尺寸。例如，383450意味着厚度为3.8mm、侧向尺寸为34mm、及长度方向尺寸为50mm。

实例17到21

示出了具有可裂部分的电池组件的实例，可裂部分由形成在覆盖材料中的凹陷的薄壁部分组成，作为凸起痕记。

首先制备覆盖有铝层压膜的电池，并将其连接到能够控制电池的电压和电流的保护电路板，并且在该状态下，电池插入成型模具内的环绕空间中并与缓冲材料和隔离件一起固定到空腔内的预定位置。然后，表3中示出的树脂穿过形成在成型模具的上部中的三个树脂入口孔填入，每个树脂入口孔具有0.5mm的孔尺寸，并且在过多的树脂开始从形成在成型模具的低部中的三个树脂出料孔射出时，使得成型模具以表3中示出的温度保持在恒温室中，保持时间为表3中示出的一段时间，或者，使用透明成型模具，用具有365nm的波长紫外光的照射树脂以固化树脂，形成覆盖材料，照射时间为表3中示出的一段时间。在形成的覆盖材料中，形成了具有表3所列的示出在图1到5中的形状的薄壁部分，其中薄壁部分对应于凸起痕记(填充痕记)，该凸起痕记由于形成在成型模具的预定位置处或联接到成型模具的预定位置处的凸起而形成。保留在出料孔处的过多的树脂被切除，由此获得在每个实例中的电池组件。

实例22到25

示出了具有可裂部分的电池组件的实例，可裂部分由嵌入在覆盖材料中的脆性构件组成。

在实例22到25中的电池组件以与实例1到6相同的方式分别地制备，除采用了表3中示出的条件并形成了具有表3中示出的形状的脆性构件之外。

比较实例6到10

比较实例6到10中的电池组件以与实例17到25相同的方式分别地制备，除采用表3中示出的条件并且未形成薄壁部分或未形成脆性构件之外。

关于在如上实例和比较实例中的每个电池组件，通过如上的方法评估了性能。结果示出在表4中。

表4

 

	覆盖后的厚度(μm)	尺寸	额定E密度(Wh/l)	从2mm高度的跌落测试，10次	(参考)从1.2mm高度的跌落测试后的尺寸变化Δt，50次	50℃的情况下2C20V过充测试中的最高温度
							实例.17	250	413454	485	10电池组件全部OK	破裂/1.2	151
实例.18	200	413454	495	10电池组件全部OK	1.5	120
							实例.19	150	413454	505	10电池组件全部OK	1.5	92
实例.20	125	413454	520	10电池组件全部OK	1.1	88
							实例.21	100	413454	530	10电池组件全部OK	1	91
实例.22	150	413454	505	10电池组件全部OK	0.5	65
							实例.23	150	413454	505	10电池组件全部OK	0.3	73
实例.24	150	413454	505	10电池组件全部OK	0.4	86
							实例.25	150	413454	505	10电池组件全部OK	0.2	92
比较实例.6		413454	450	10电池组件NG	破裂/2.4	>400
							比较实例.7	250	413454	460	10电池组件全部OK	破裂/2.4	>400
比较实例.8	300	413454	无电池容量	10电池组件全部OK	2.1	-
							比较实例.9	300	413454	无电池容量	10电池组件全部OK	22	-
比较实例.10	250	413454	460	10电池组件NG	2.3	>400

能够从表4看出，关于覆盖材料的厚度(覆盖后的厚度/μm)，在实例17到25的每个电池组件中，覆盖材料的厚度是250μm或更小，能够确认的是电池组件的厚度得以减小(或减小了尺寸和重量)。而在比较实例6到10中的每个电池组件，覆盖材料的厚度(覆盖后的厚度/μm)是250μm或更大，并且电池组件比本发明的实施例的电池组件在厚度方面减少(或尺寸和重量减少)较小。

能够从表4看出，关于额定能量密度(Wh/l)，实例17到25中的电池组件具有的电池容量高至485(Wh/l)或更高。而在比较实例6到10中的电池和电池组件具有低于实例17到25中的电池容量的电池容量，并且特别地，在比较实例8和9中的电池组件无电池容量。

如能够从表4看到的，关于从2m高度的跌落测试，实例17到25中的每个电池组件具有相当高的机械强度使得全部十个电池组件无比如组件破裂或组件脱落的损伤。而比较实例6和10中的每个电池组件具有相当低的机械强度使得全部十个电池组件遭受到组件的破裂和组件的脱落。

而且，能够从表4看出，关于从1.2m高度的跌落测试，实例17到25中的电池组件具有相当高的机械强度，使得尺寸变化小至1.5或者更小，而在比较实例6到10中的电池组件具有相当低的机械强度，使得尺寸变化大至2.1或更大。

依据表4中示出的过充测试结果，关于实例17到25中的电池组件，已经发现最高温度较低(151℃或更小)并且比如气体溢出或燃烧等热失控即使在异常环境中也不会发生。而且，明显的是可裂开口排气门能够快速开裂以抑制电池在初始阶段的内部压力升高，这样使得最高温度得以降低并能够在最低时减小至61℃。

通过对比，关于比较实例6到10中的电池或电池组件，已经发现最高温度可以超过400℃并且比如气体溢出或燃烧等热失控会在异常环境中发生。

采用矩形形状的电池组件的尺寸标识为例如383450或413454。这些标识是通常的表达，其以从左到右的顺序意味着以0.1mm为单位的厚度、以1mm为单位的侧向尺寸、及以1mm为单位的长度方向尺寸。例如，383450意味着厚度为3.8mm、侧向尺寸为34mm、及长度方向尺寸为50mm。

应注意，多种部件的特定形式和结构和在每个实施例和如上数字表示的实例中标明的数值仅给出作为用于本发明的实施例的实现的实例。因此将明白本发明的技术范围绝不应该局限于如上所说明的。

相关申请的交叉参考

本申请要求在2007年10月15日在日本专利局提交的日本专利申请第2007-267694号和2008年2月8日在日本专利局提交的日本专利申请第2008-28993号的优先权的权益，这里依据授权范围并入其全部公开。

Claims (15)

1.一种电池组件，其包括：

电池，其包括覆盖有包封构件的电池元件，电池元件包括通过间隔件螺旋缠绕或堆叠的正极和负极；

电池保护电路板；

覆盖材料，其整体地覆盖电池和电池保护电路板；和

形成在覆盖材料的一部分中的可裂部分，可裂部分能够在异常状态的情况下由于从电池生成的气体而裂开开口，以形成气体释放孔用于释放气体至电池组件外侧，

其中所述覆盖材料是包括形状保持聚合物和混合在形状保持聚合物中的填料材料的复合材料，所述形状保持聚合物是热固性树脂或紫外固化的树脂。

2.如权利要求1所述的电池组件，其中所述可裂部分是由填充痕记组成的薄壁部分，此时覆盖材料填充在容纳电池和保护电路板的成型模具内的环绕空间中并固化。

3.如权利要求1所述的电池组件，其中所述可裂部分包括与电池和保护电路板一起嵌入在覆盖材料中的脆性构件，所述脆性构件具有小于所述覆盖材料的机械强度的机械强度。

4.如权利要求1所述的电池组件，其中所述形状保持聚合物是选自包括氨基甲酸乙酯树脂、丙烯酸树脂和环氧树脂的组中的至少一种树脂。

5.如权利要求1所述的电池组件，其中所述覆盖材料具有在大于或等于60℃的情况下依据JIS K7215测量的覆盖材料的一硬度计D硬度，其小于在JIS K7215所规定的标准温度下测量的覆盖材料的硬度计D硬度。

6.如权利要求2所述的电池组件，其中所述薄壁部分形成在所述覆盖材料的最大表面的至少一个表面中并且形成由两段相互交叉的凹陷部分组成的旋转对称体。

7.如权利要求2所述的电池组件，其中所述薄壁部分具有相应于所述覆盖材料的总的厚度的20％到80％的厚度。

8.如权利要求3所述的电池组件，其中所述脆性构件具有中空部分。

9.如权利要求3所述的电池组件，其中所述脆性构件在所述脆性构件的一个表面的一侧具有一长度，该长度相应于所述覆盖材料的最大面积的最长侧的长度的2.4％或更大和88.2％或更小，或者0.8mm或更大和30mm或更小。

10.如权利要求3所述的电池组件，其中所述脆性构件具有相应于所述覆盖材料的厚度的20％或更大和90.9％或更小的厚度、或者50μm或更大和210μm或更小的厚度。

11.如权利要求3所述的电池组件，其中所述脆性构件接近所述电池的端子形成。

12.如权利要求3所述的电池组件，其中：

所述脆性构件在60℃的情况下具有的硬度等于或小于所述覆盖材料在60℃的情况下的硬度，并且

所述脆性构件在60℃的情况下具有依据JIS K7215测量的D3到D60的硬度计D硬度，或具有60℃的情况下依据JIS K6253测量的A20到A90的硬度计A硬度。

13.如权利要求3所述的电池组件，其中所述脆性构件包括灭火剂和吸热剂中的一种或两种。

14.一种用于生产电池组件的方法，所述电池组件包括：包括电池元件的电池；电池保护电路板；和覆盖材料，所述电池元件覆盖有包封构件，电池元件包括通过间隔件螺旋缠绕或堆叠的正极和负极，所述覆盖材料通过填充容纳所述电池和所述保护电路板的成型模具内的环绕空间并固化，整体地覆盖所述电池和所述电池保护电路板，同时延伸所述电池的端子至外侧，所述方法包括：

通过使用形成在所述成型模具上或可分离地联接到成型模具的凸起，在填充所述成型模具内的围绕所述电池和所述保护电路板的空间并固化的覆盖材料中形成可裂部分，可裂部分作为填充痕记由薄壁部分组成，并能够在异常状态的情况下由于从所述电池生成的气体而裂开开口。

15.一种用于生产电池组件的方法，所述电池组件包括：包括电池元件的电池；电池保护电路；和覆盖材料，所述电池元件覆盖有包封构件，所述电池元件包括通过间隔件相互螺旋缠绕在一起或彼此堆叠的正极和负极，所述覆盖材料通过填充容纳所述电池和所述保护电路板的成型模具内的环绕空间并固化，整体地覆盖所述电池和所述电池保护电路板，同时延伸所述电池的端子至外侧，所述方法包括：

在所述成型模具的所述空间中布置脆性构件以及所述电池和所述保护电路板，所述脆性构件能够由于在异常状态的情况下从所述电池生成的气体而变形；和

用所述覆盖材料整体地覆盖所述电池、所述保护电路板和脆性构件，以形成可裂部分，用于由于所述脆性构件的变形而裂口打开所述覆盖材料。

Images