CN101546850B - 用于二次电池的中心销以及具有该中心销的二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于二次电池的中心销和一种具有该中心销的二次电池，所述中心销使二次电池的空隙体积最优化。中心销插入到二次电池的电极组件中。中心销具有纵向孔，并包括密封构件以密封所述孔的一部分。密封构件可包括设置在中心销中的壁，以密封所述孔的一部分。密封构件可包括插入到所述孔中的第二中心销，以密封所述孔的一部分。
Description
技术领域
本发明的各方面涉及一种用于二次电池的中心销(center pin)和一种具有该中心销的二次电池，更具体地说，涉及一种能够使二次电池的空隙体积(voidvolume)最优化的用于二次电池的中心销。
背景技术
近来，已经开发并制造出各种手持电子装置，例如蜂窝电话、笔记本电脑、便携摄像机等。手持电子装置通常包括用于便携操作的二次电池。示例性二次电池包括镍-镉(Ni-Cd)电池、镍-金属氢化物(Ni-MH)电池和锂(Li)电池。
由于锂二次电池的工作电压为Ni-Cd电池和Ni-MH电池的三倍，并且锂二次电池的每单位重量的能量密度比Ni-Cd电池和Ni-MH电池的高，所以锂二次电池被广泛地应用在便携式电子装置中。锂二次电池可分为使用液态电解质的锂离子电池或使用聚合物电解质的锂聚合物电池。还可根据二次电池的形状将二次电池分为矩形二次电池、圆柱形二次电池或袋式二次电池。
圆柱形二次电池通常包括：圆柱形、缠绕的电极组件；中心销，设置在电极组件中；罐，容纳电极组件；电解质，传递电极组件中的锂离子；盖组件，密封所述罐。电极组件包括：正极板，具有正极集流体，正极活性材料涂覆到正极集流体；正极接线片，从正极集流体的一侧延伸；负极板，具有负极集流体，负极活性材料涂覆到负极集流体；负极接线片，从负极集流体的一侧延伸；隔膜，设置在正极板和负极板之间。
在二次电池的充电或放电过程中，由电极组件中的电化学反应产生的锂离子通过电解质传递。电解质可以是作为锂盐和高纯度有机溶剂的混合物的非水有机电解质，或者可以是聚合物电解质。
盖组件包括安全阀(safety vent)，安全阀因电极组件的异常操作过程中产生的气体而变形或破裂。安全阀防止圆柱形二次电池由于过充电、过放电或外部撞击对二次电池的损坏而引起的燃烧或爆炸。
中心销防止电极组件在充电或放电过程中变形，并提供气体释放的通道。因此，气体可被引导到安全阀，然后安全阀能够变形或破裂，从而二次电池不燃烧或爆炸。
二次电池具有特定量的空的空间(空隙体积)。然而，由于中心销沿着盖组件的方向包括沿纵向方向形成在中心销中的孔，使得二次电池的空隙体积增加，所以会降低二次电池的绝缘特性和充电特性，并且会延迟安全阀的变形或破裂。
此外，当电极组件的隔膜包括多孔陶瓷层以改善二次电池的特性时，二次电池中的空隙体积变得大得多。因此，延迟了安全阀的变形或破裂，并且二次电池会燃烧或爆炸。
然而，如果在中心销内没有孔，或者用密封构件密封孔的全部体积，则二次电池的空隙体积由于孔的密封的体积而大大减小，因此会降低二次电池的高温贮存特性。
发明内容
本发明的各方面提供了一种用于二次电池的中心销和一种包括该中心销的二次电池。通过将第二中心销插入到形成在第一中心销中的孔中，使二次电池的空隙体积最优化。
根据本发明的一个示例性实施例，一种用于二次电池的中心销组件包括：中心销，具有沿纵向方向形成的孔；密封构件，设置在所述中心销中，以密封所述孔的一部分。
根据本发明的另一示例性实施例，一种二次电池包括：电极组件，具有正极板、负极板以及设置在正极板和负极板之间的隔膜；中心销，设置在电极组件中，具有纵向孔；密封构件，设置在所述孔中，以密封所述孔的一部分；罐，容纳电极组件；盖组件，密封所述罐的开口。
根据本发明的又一示例性实施例，一种用于二次电池的中心销组件包括：第一中心销，具有纵向孔；第二中心销，设置在第一中心销中，以调节所述孔的内部空间。
根据本发明的再一示例性实施例，一种二次电池包括：电极组件，具有正极板、负极板及设置在正极板和负极板之间的隔膜；第一中心销，设置在电极组件中，具有纵向孔；第二中心销，设置在所述孔中，以使二次电池的空隙体积最优化；罐，容纳电极组件；盖组件，密封所述罐的开口。
本发明的附加方面和/或优点将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地将通过描述而是明显的，或者可以通过实施本发明而了解。
附图说明
通过下面结合附图对示例性实施例的描述，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得明显且更容易理解，在附图中：
图1是根据本发明第一示例性实施例的二次电池的分解透视图；
图2是根据本发明第一示例性实施例的二次电池的中心销的透视图；
图3是根据本发明第二示例性实施例的二次电池的分解透视图；
图4是根据本发明第二示例性实施例的二次电池的第一中心销和第二中心销的分解透视图。
具体实施方式
现在将详细地描述本发明的示例性实施例，附图中示出了本发明的示例，其中，相同的标号始终表示相同的元件。下面参照附图描述示例性实施例，来解释本发明的各方面。
图1是根据第一示例性实施例的二次电池100的分解透视图，图2是二次电池100的中心销120的透视图。参照图1和图2，二次电池100包括：电极组件110；中心销120，设置在电极组件110中，具有纵向孔122；罐130，容纳电极组件110和电解质(未示出)；盖组件140，密封罐130的开口。
电极组件110包括正极板111、负极板112以及设置在正极板111和负极板112之间的隔膜113。正极接线片114从正极板111的一侧朝向盖组件140延伸。正极板111包括涂覆有正极活性材料(未示出)的正极集流体(未示出)。负极接线片115从负极板112朝向罐130的底部延伸。负极板112包括涂覆有负极活性材料(未示出)的负极集流体(未示出)。正极接线片114和负极接线片115的位置可以颠倒，和/或它们的极性可以颠倒。
正极活性材料可包括含锂过渡金属氧化物(例如LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4或LiNi1-x-yCoxMyO2(0≤x≤1、1≤y≤1、0≤x+y≤1，且M是诸如Al、Sr、Mg或La的金属))或锂的硫属元素化物。负极活性材料可包括碳材料(例如结晶碳、无定型碳、碳复合体或碳纤维)、锂金属或锂合金。
正极集流体或负极集流体可以由从由不锈钢、镍、铜、铝及其合金组成的组中选择的一种形成。具体地说，正极集流体由铝或铝合金形成，负极集流体由铜或铜合金形成，以使电极组件110的效率最大化。
隔膜113设置在正极板111和负极板112之间，以防止正极板111和负极板112之间的短路。隔膜113对锂离子是可渗透的。隔膜113可由聚烯烃类聚合物层形成，例如，可由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或它们的多层形成。隔膜113可包括多孔陶瓷层。可选地，隔膜113可包括聚烯烃类聚合物层和多孔陶瓷层两者。多孔陶瓷层可包括从由以下物质组成的组中选择的一种：二氧化硅(SiO2)；氧化铝(Al2O3)；氧化锆(ZrO2)；氧化钛(TiO2)；硅(Si)、铝(Al)、锆(Zr)或钛(Ti)的绝缘氮化物、氢氧化物、醇盐(alkoxide)或酮式化合物(ketoniccompound)。
由正极板111和负极板112中的电化学反应产生的锂离子穿过电解质行进。电解质可以是作为锂盐和高纯度有机溶剂的混合物的非水有机电解质，或者可以是聚合物电解质。
盖组件140结合到罐130的开口以密封罐130。盖组件140包括：上盖(cap-up)145，能够与外部端子(未示出)电连接；安全阀142，与正极接线片114电连接；电流中断器件(CID)143，设置在安全阀142上；垫圈141，使盖组件140与罐130绝缘。安全阀142破裂或变形以减轻二次电池100的内部压力，所述内部压力由在电极组件110的异常操作过程中产生的气体引起。CID143因安全阀142的变形而被损坏或破坏，以中断电极组件110和外部端子之间的电连接。
盖组件140还可包括设置在CID 143和上盖145之间的环形正温度系数(PTC)热敏电阻144。PTC热敏电阻144防止在电极组件110和外部端子之间出现过电流。
罐130呈圆柱形，并容纳电极组件110、中心销120和电解质。罐130可由轻且柔性的金属材料(例如铝、铝合金或不锈钢)形成。当负极接线片115与罐130的底表面电连接时，罐130用作负极端子。
罐130可具有圆缘部件(beading part)(未示出)以使盖组件140安放在罐130内。罐130可包括围绕上盖145的外表面弯曲的压褶部件(crimping part)(未示出)，以防止盖组件140与罐130分离。
二次电池100包括设置在电极组件110上的上绝缘板117。上绝缘板117具有至少一个孔，产生的气体能够穿过所述至少一个孔。二次电池100可包括设置在电极组件110下的下绝缘板116。上绝缘板117防止电极组件110和盖组件140之间的短路，下绝缘板116防止电极组件110和罐130之间的短路。下绝缘板116可具有孔或槽116a，以固定中心销120的一端。槽116a可朝向电极组件110凸出，以扩大与中心销120的接触面积。
中心销120设置在电极组件110中，以在充电和/或放电过程中防止电极组件110的变形。中心销120中的孔122是产生的气体能够穿过的通道。中心销120可由金属材料(例如不锈钢(SUS))或绝缘材料(例如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT))形成。
孔122被示出为具有圆形剖面。然而，在可选实施例中，孔122可具有多边形剖面。
密封构件125设置在孔122中，用来密封孔122的一部分，即，用来调节中心销120的未密封体积，从而使二次电池100的空隙体积最优化。密封构件125可由与中心销120的材料相同的材料形成，例如可由诸如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)的聚合物材料形成。密封构件125可以在高温下熔化或分解，使得孔122能够用作气体的通道。密封构件125的熔点可以比中心销120的熔点低。密封构件125可包括密封孔122的一部分的两个或更多个壁，从而调节中心销120的未密封体积，其中，所述两个或更多个壁设置在孔122的相对侧。
表1示出了根据由于密封构件125而引起的孔122的体积改变，二次电池100的绝缘特性、充电特性和高温贮存特性的降低的几率。
[表1]
| 中心销的未密封体积的减小量(％) | 中心销的未密封体积(mL) | 二次电池的空隙体积(mL) | 绝缘特性和充电特性的降低(％) | 高温贮存特性的降低(％) |
| 0 | 0.19 | 0.91 | 100 | 0 |
| 20 | 0.152 | 0.872 | 40 | 0 |
| 30 | 0.133 | 0.853 | 0 | 0 |
| 40 | 0.114 | 0.834 | 0 | 0 |
| 50 | 0.095 | 0.815 | 0 | 0 |
| 60 | 0.076 | 0.796 | 0 | 0 |
| 80 | 0.038 | 0.758 | 0 | 0 |
| 90 | 0.019 | 0.739 | 0 | 0 |
| 100 | 0 | 0.72 | 0 | 30 |
参照表1，当二次电池100的空隙体积大于0.853mL时，二次电池100的绝缘特性和充电特性降低。当二次电池100的空隙体积小于0.739mL时，二次电池100的高温贮存特性降低。结果，为了防止二次电池的绝缘特性、充电特性和高温贮存特性的降低，中心销120的未密封体积被设为范围为0.019mL到0.133mL的体积，使得二次电池100的空隙体积(减小量为中心销的密封体积)被设为范围为0.739mL至0.853mL的体积。
此外，由于中心销120的未密封体积(通过密封构件125调节之后的孔122的未密封部分的体积)调整了30％至90％，所以中心销120的未密封体积的范围是从0.019mL至0.133mL。因此，二次电池100的空隙体积的范围是从0.739mL至0.853mL。因此，通过调节中心销120的未密封体积，能够使二次电池100的空隙体积最优化，并且能够防止二次电池100的绝缘特性、充电特性和高温贮存特性的降低。
图3是根据本发明第二示例性实施例的二次电池200的分解透视图，图4是二次电池200的第一中心销220和第二中心销225的分解透视图。参照图3和图4，二次电池200包括：电极组件210；第一中心销220，设置在电极组件210中；第二中心销225，设置在第一中心销220的纵向孔222中；罐230，容纳电极组件210、第一中心销220、第二中心销225和电解质；盖组件240，密封罐230的开口。
电极组件210包括正极板211、负极板212以及设置在正极板211和负极板212之间的隔膜213。盖组件240包括上盖245、PTC热敏电阻244、CID243、安全阀242和垫圈241。电极组件210、罐230和盖组件240的构造与二次电池100的电极组件110、罐130和盖组件140的构造相同，因此省略对它们的详细描述。
第一中心销220设置在电极组件210中，以在充电和/或放电过程中防止电极组件210的变形。第一中心销220中的孔222是由电极组件210产生的气体能够逸出的通道。第一中心销220可由金属材料(例如不锈钢(SUS))或绝缘材料(例如PBT)形成。孔222的剖面可以是圆形或多边形。
第二中心销225设置在孔222中，以调节第一中心销220的内部体积(孔222的内部体积)。第二中心销225的剖面的尺寸可比孔222的剖面的尺寸小，从而容易地插入到孔222中。虽然在图4中第二中心销225的剖面是圆形，然而在可选实施例中，第二中心销225的剖面可以是多边形(例如，三角形或四边形)。第二中心销225的形状与孔222的形状不同，从而即使当第二中心销225插入到孔222中时，气体也能穿过孔222。
参照表1，二次电池200的空隙体积的范围是从0.739mL至0.853mL，以防止二次电池200的绝缘特性、充电特性和高温贮存特性的降低。第二中心销225使第一中心销220的内部体积减小了30％至90％，使得第一中心销220的内部体积(孔222的内部体积)的范围是从0.019mL至0.133mL。
在二次电池200中，第二中心销225插入到孔222中，由此将孔222的内部体积调节为在0.019mL至0.133mL的范围内，并且由此将二次电池200的空隙体积调节为从0.739mL至0.853mL。因此，使二次电池200的空隙体积最优化，并防止二次电池200的绝缘特性、充电特性和高温贮存特性的降低。
在用于二次电池的中心销以及具有该中心销的二次电池中，根据本发明的各方面，即使当电极组件的隔膜包括多孔陶瓷层时，通过使用密封构件来密封第一中心销中的孔的一部分而调节所述孔的体积(中心销的内部体积)，或者通过在所述孔中插入第二中心销，二次电池也能够具有在预定范围内的空隙体积。因此，通过调节第一中心销的内部体积，能够使二次电池的空隙体积最优化，并且能够防止二次电池的绝缘特性、充电特性和高温贮存特性的降低。
虽然已经示出并描述了本发明的一些示例性实施例，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可以对这些示例性实施例进行改变，本发明的范围限定在权利要求及其等同物中。
Claims (9)
1.一种二次电池，所述二次电池包括：
电极组件，包括正极板、负极板以及设置在正极板和负极板之间的隔膜；
中心销，穿过电极组件延伸，具有纵向孔；
密封构件，设置在所述孔中；
罐，容纳电极组件；
盖组件，密封所述罐；
其中，密封构件密封所述孔的一部分以调节中心销的未密封体积，所述孔的被密封的部分对应于所述孔的总体积的30％至90％，
其中，二次电池的空隙体积的范围是从0.739mL至0.853mL。
2.根据权利要求1所述的二次电池，其中，所述孔的未密封部分的体积的范围是从0.019mL至0.133mL。
3.根据权利要求1所述的二次电池，其中，密封构件包含聚合物材料。
4.根据权利要求3所述的二次电池，其中，所述聚合物材料包括从由聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯组成的组中选择的一种。
5.根据权利要求1所述的二次电池，其中，隔膜包含多孔陶瓷材料。
6.根据权利要求5所述的二次电池，其中，所述陶瓷材料包括从由以下材料组成的组中选择的一种：SiO2；Al2O3；ZrO2；TiO2；硅、铝、锆或钛的绝缘氮化物、氢氧化物、醇盐或酮式化合物。
7.根据权利要求5所述的二次电池，其中，隔膜还包括聚烯烃类聚合物层。
8.根据权利要求1所述的二次电池，其中，密封构件包括设置在被密封的部分的相对侧的壁。
9.根据权利要求1所述的二次电池，其中，密封构件的熔点比中心销的熔点低。
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