CN101714650B - 可再充电电池及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种可再充电电池及其形成方法。根据本发明的可再充电电池包括：包括正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的隔板的电极组件；容纳所述电极组件的壳体；以及被连接至所述壳体的盖组件。所述正电极包括集流体和正活性材料层，所述正活性材料层包括被设置在所述集电体处的基于NCM的正活性材料。所述盖组件包括具有凹槽的通风板和在所述壳体内部的压力增加的情况下中断电连接的电流中断部分。在所述电流中断部分的电流中断压力为“A”，使所述通风板在所述凹槽处断裂的通风口断裂压力为“B”，而所述可再充电电池的容量为“X”时，它们满足公式：A/B＝1.22-0.39X+D(-0.08≤D≤0.08)。

Description

可再充电电池及其形成方法
技术领域
本发明涉及一种可再充电电池及其形成方法。更具体地说，本发明涉及包括盖组件的可再充电电池及其形成方法。
背景技术
与不可被再充电的一次电池不同的是，可再充电电池可被反复地再充电和放电。低容量可再充电电池(例如，由一个单电池构成的可再充电电池)可被用作电源以用于驱动小型便携式电子设备，例如移动电话、膝上型电脑和可携式摄像机。大容量可再充电电池(例如，由多个被连接形成电池组的单电池构成的可再充电电池)可被用作电源以用于驱动混合动力车辆的发动机。
可再充电电池被生产成各种适合形状，并且通常为圆柱形或多边形。
进一步，多个可再充电电池(或电池单元)可被串联起来，并作为高容量可再充电电池模块被包含在其中，使得该模块可被用于驱动需要大量电力的电动车辆的发动机。
可再充电电池由具有正电极、负电极和位于正电极与负电极之间的隔板的电极组件、容纳电极组件的壳体和用于封闭壳体的开口侧的盖组件构成。
在圆柱形可再充电电池的情况下，正电极和负电极包括位于电极组件中的未被涂覆以活性材料的部分。正电极未涂覆部和负电极未涂覆部面向相反的方向。
负集流体板被贴置在负未涂覆部，而正集流体板被贴置在正未涂覆部。负集流体板被电连接至壳体，而正电极集流体板被电连接至盖组件并用于将电流供应到电极组件外部。因此，壳体用作负端子，而被设置在盖组件处的顶盖用作正端子。
在可再充电电池被反复再充电和放电时，气体在可再充电电池内部累积，内部压力增加。因此，如果不进行检验，增加的内部压力可能引起可再充电电池爆炸。为了免于(或防止)爆炸，在顶盖的下面提供了通风板，它具有凹槽，使得通风板在一定的压力水平下断裂。
通风板包括面向下方的凸部分，并且该凸部分被焊接至电连接到电极组件的子板。在可再充电电池内部的压力上升时，凸部分首先脱离子板，从而中断通风板与子板之间的电流流动。如果压力进一步增加，则通风板在凹槽处断裂，从而将气体排放到外部。
在可再充电电池的可靠性和安全性方面，(使电流中断的)电流中断压力和(使通风板处的凹槽断裂的)通风口断裂压力是重要的元素。
也就是说，如果电流中断压力和通风口断裂压力被设置得较低，那么电池的安全性增加，不过这样导致了即使内部压力有很小的增加，电池就不运转的问题。
特别是，具有基于氧化锂镍钴锰(LiNiCoMnO2，下文中称为“NCM”)的正活性材料的可再充电电池，显示出与具有基于氧化锂钴(LiCoO2，下文中称为“LCO”)的正活性材料的可再充电电池不同的压力特性。这样，具有基于NCM正活性材料的可再充电电池应该具有与具有基于LCO正活性材料的可再充电电池不同的电流中断压力和通风口断裂压力。
如果将针对基于LCO正活性材料得出的电流中断压力和通风口断裂压力直接应用于具有基于NCM正活性材料的电池，那么会存在可再充电电池的可靠性和安全性降低的问题。
本背景部分公开的以上信息仅为了增强对本发明背景技术的理解，因此，它可能包含并不构成在本国中对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明实施例的一方面针对一种具有改进的可靠性和安全性的可再充电电地。
根据本发明示例性实施例的可再充电电池包括：电极组件，包括正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的隔板；容纳所述电极组件的壳体；以及被连接至所述壳体的盖组件。所述正电极包括集流体和由被设置在所述集电体处的基于NCM的正活性材料构成的正活性材料层。所述盖组件包括具有凹槽的通风板和在所述壳体内部的压力增加的情况下中断电连接的电流中断部分。此处，在所述电流中断部分的电流中断压力为“A”，所述通风板在所述凹槽处断裂的通风口断裂压力为“B”，而所述可再充电电池的容量为“X”时，所述可再充电电池满足：A/B＝1.22-0.39X+D(-0.08≤D≤0.08)。
所述盖组件可以包括：被连接至所述壳体的顶盖；包括面向所述壳体的底部的凸部分的通风板；被设置在所述通风板的下方、被焊接至所述凸部分并且被电连接至所述电极组件的子板；被设置在所述通风板与所述子板之间的底盖；以及被设置在所述底盖与所述子板之间的突起。
所述电流中断部分可以是所述凸部分和所述子板被焊接到一起的部分。所述可再充电电池可以为圆柱形。
所述正活性材料可以包括在大约0.5与大约2.0wt％之间的过充电添加剂。所述过充电添加剂可以包括LiCO3。
所述底盖可以通过被电连接至所述电极组件的凸缘部件而被电连接至所述电极组件。所述子板可以通过所述底盖被电连接至所述电极组件。
进一步，绝缘板可以被设置在所述底盖与所述通风板之间。
根据本发明另一实施例的可再充电电池包括电极组件、壳体和盖组件。所述电极组件由正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的隔板构成。所述壳体用于容纳所述电极组件。所述盖组件被连接至所述壳体。所述正电极包括集流体和被连接至所述集流体的正活性材料。所述盖组件包括通风板和用于在所述壳体内部的电流中断压力下中断电连接的电流中断部分。所述通风板具有被配置为在所述壳体内部的通风口断裂压力下使所述通风板断裂的凹槽。此处，所述可再充电电池满足：A/B＝1.22-0.39X+D(-0.08≤D≤0.08)，其中A表示所述电流中断部分(170)的电流中断压力(kgf/cm2)；B表示所述凹槽(163)的通风口断裂压力(kgf/cm2)；X表示所述可再充电电池的容量(Ah)。
在一个实施例中，所述盖组件进一步包括顶盖、子板、底盖和突起。所述顶盖被连接至所述壳体。所述通风板位于所述顶盖与所述子板之间，并且包括面向所述壳体的底端的凸部分。所述子板被焊接至所述凸部分，并且被电连接至所述电极组件。所述底盖位于所述通风板与所述子板之间，并且所述突起位于所述底盖与所述子板之间。此处，所述突起可以包括用于将所述子板与所述底盖焊接在一起的焊接部分。所述可再充电电池可以进一步包括被电连接至所述电极组件的凸缘部件，并且所述底盖可以通过所述凸缘部件被电连接所述电极组件。所述子板可以通过所述底盖被电连接至所述电极组件。此外，所述可再充电电池可以进一步包括位于所述底盖与所述通风板之间的绝缘板。所述电流中断部分可以包括用于将所述凸部分与所述子板焊接在一起的焊接部分。
在一个实施例中，所述可再充电电池为圆柱形。
在一个实施例中，所述正活性材料具有数量在所述正活性材料的大约0.5与大约2.0wt％之间的过充电添加剂。所述过充电添加剂可以包括碳化合物。所述碳化合物可以包括碳酸锂。
在一个实施例中，所述电流中断部分的电流中断压力在大约8kgf/cm2与大约9kgf/cm2之间。
在一个实施例中，所述凹槽的通风口断裂压力在大约20kgf/cm2与大约25kgf/cm2之间。
在一个实施例中，所述电流中断部分的电流中断压力在大约8kgf/cm2与大约9kgf/cm2之间，而且所述凹槽的通风口断裂压力在大约20kgf/cm2与大约25kgf/cm2之间。
在一个实施例中，所述正活性材料被涂覆在所述集流体上。所述集流体可以包括铝。
在一个实施例中，所述正活性材料是基于氧化锂镍钴锰(NCM)的正活性材料。
根据本发明另一实施例的可再充电电池包括电极组件、壳体和盖组件。所述电极组件由正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的隔板构成。所述壳体用于容纳所述电极组件。所述盖组件被连接至所述壳体。所述正电极包括集流体和被连接至所述集流体的正活性材料。所述盖组件包括通风板和用于在所述壳体内部的电流中断压力下中断电连接的电流中断部分。所述通风板具有被配置为在所述壳体内部的通风口断裂压力下使所述通风板断裂的凹槽。所述电流中断部分的电流中断压力在大约8kgf/cm2与大约9kgf/cm2之间，而且所述通风板的所述凹槽的通风口断裂压力在大约20kgf/cm2与大约25kgf/cm2之间。
在一个实施例中，所述正活性材料是基于氧化锂镍钴锰(NCM)的正活性材料。所述基于NCM的正活性材料可以包括数量在所述正活性材料的大约0.5与大约2.0wt％之间的过充电添加剂。所述过充电添加剂可以包括碳酸锂。
本发明的实施例提供一种形成可再充电电池的方法，所述可再充电电池包括由正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的隔板构成的电极组件；容纳所述电极组件的壳体；以及被连接至所述壳体的盖组件，所述正电极包括集流体和被连接至所述集流体的正活性材料，所述盖组件包括通风板和电流中断部分，所述通风板具有凹槽。所述方法包括：将所述电流中断部分配置为在所述壳体内部的电流中断压力(kgf/cm2)A下中断电连接；将所述凹槽配置为在所述壳体(112)内部的通风口断裂压力(kgf/cm2)B下使所述通风板断裂；将所述可再充电电池配置为具有容量(Ah)X；以及将所述可再充电电池配置为满足A/B＝1.22-0.39X+D(-0.08≤D≤0.08)。
本发明的另一实施例提供一种形成可再充电电池的方法，所述可再充电电池包括由正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的隔板构成的电极组件；容纳所述电极组件的壳体；以及被连接至所述壳体的盖组件，所述正电极包括集流体和被连接至所述集流体的正活性材料，所述盖组件包括通风板和在所述壳体内部的电流中断压力下中断电连接的电流中断部分，所述通风板具有被配置为在所述壳体内部的通风口断裂压力下使所述通风板断裂的凹槽。所述方法包括：将所述电流中断部分的电流中断压力设置在大约8kgf/cm2与大约9kgf/cm2之间；以及将所述通风板的所述凹槽的通风口断裂压力设置在大约20kgf/cm2与大约25kgf/cm2之间。
这样，根据本发明的实施例，由于在正确的时刻电流被中断并且通风口被断裂，因此具有基于NCM的正活性材料的可再充电电池具有改进的安全性。
此外，根据本发明的实施例，由于电流的早中断和通风口的早断裂被减少(或防止)，因此可靠性得到增强。
而且，根据本发明的实施例，可靠性和安全性由于正活性材料中的过充电添加剂而得到进一步改进。
附图说明
图1是根据本发明实施例的可再充电电池的示意性分解剖面透视图。
图2A至图2C是电流的中断和通风口的断裂的过程的示意性剖面图。
图3是示出具有基于LCO的正活性材料的可再充电电池和具有基于NCM的正活性材料的可再充电电池在被完全充电并被保持在90℃时，其内部压力随时间变化的图。
图4是示出电流中断压力和通风口断裂压力与具有基于LCO正活性材料的电池的容量之间的关系的图。
图5是示出电流中断压力和通风口断裂压力与具有基于NCM正活性材料的电池的容量之间的关系的图。
对指示附图中特定元件的附图标记的说明
100：可再充电电池    110：电极组件
112：正电极          113：负电极
114：隔板            120：壳体
140：盖组件          141：正温度系数元件
143：顶盖            145：绝缘部件
146：底盖            147：子板
160：通风板          163：凹槽
165：凸部分          170：电流中断部分
具体实施方式
下文中将参照附图更全面地对本发明进行描述，在附图中示出本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将认识到的是，所描述的实施例可以以各种不同的方式被修改，而所有的修改均不会偏离本发明的精神或范围。
图1是根据本发明示例性实施例的可再充电电池100的示意性分解剖面透视图。
参照图1，可再充电电池包括：电极组件110，包括正电极112、负电极113和在正、负电极之间的隔板114；以及壳体120，在其一端具有开口，使得壳体120可容纳电极组件110和电解液。进一步，用于通过垫圈144封闭壳体120的盖组件140被设置在壳体120的开口。
更具体地说，壳体120由诸如铝、铝合金或镀镍的钢的导电金属构成。
此外，根据本示例性实施例的壳体120为具有内部空间的圆柱形，该内部空间内放置有电极组件110。盖组件140被嵌入到壳体120中，然后被固定至该壳体。在这个过程中，弯边(crimped)部分125和凸缘(beaded)部分123被形成在壳体120处。
在正电极112、隔板114和负电极113被堆叠在一起之后，电极组件110被成形为圆柱形(或胶卷形)。不过，电极组件110的结构并不局限于这种圆柱形，而是可以具有各种不同的适合形状。
上面未被涂覆正活性材料的正电极未涂覆部112a被设置在正电极112的上端，并被电连接至正集流体板138。此外，上面未被涂覆负活性材料的负电极未涂覆部113a被设置在负电极113的下端，并被电连接至负集流体板132。
在一个实施例中，负电极113包括由铜或其它适合金属制成并在上面涂覆有碳基活性材料的集流体。在一个实施例中，正电极112包括由铝或其它适合金属制成并在上面涂覆有基于NCM的正活性材料的集流体。
盖组件140包括：顶盖143，包括向外突出的外部端子143a和排气口143b；以及通风板160，被设置在顶盖143的下面并且包括在设定(或预定)压力下断裂并排放气体的凹槽163。通风板160在设定(或预定)压力下中断电极组件110与顶盖143之间的电连接。
正温度系数元件141被设置在顶盖143与通风板160之间。正温度系数元件141具有超过设定(或预定)温度时大幅增加的电阻，并且在可再充电电池100的温度上升到设定(或预定)值以上时中断电流流动。
向下突出的凸部分165被设置在通风板160的中心，而子板147被焊接到凸部分165的底表面。
底盖146被设置在通风板160与子板147之间，并且底盖146被成形为在中部具有孔的圆盘，使得凸部分165可被插入底盖146中。
绝缘部件145被设置在底盖146与通风板160之间，并且使底盖146和通风板160电绝缘。绝缘部件145在中部具有孔，使得顶盖143的凸部分165可以被插入绝缘部件145中。
此处，通风板160的凸部分165可穿过孔，并且被容易地连接至子板147。
子板147被分别焊接至凸部分165和底盖146。底盖146通过引导部件150被电连接至电极组件110。因此，电流容易地流到通风板160中，而通风板160被连接至顶盖143，并且将电流传送至顶盖143的外部端子143a。
图2A至图2C是电流的中断和通风口的断裂的过程的示意性剖面图。
参照图2A至图2C，子板147和凸部分165通过超声波焊接被连接，使得电流中断部分170被形成在子板147与凸部分165之间。进一步，子板147和底盖146通过激光焊接被连接，使得焊接部分174和176被形成在子板147与底盖146之间。
如果可再充电电池内的内部压力在反复再充电和放电期间由于膨胀而增加，那么电流中断部分170的凸部分165由于增加的压力而与子板147脱离，如图2B所示。在凸部分165与子板147脱离时，通风板160与子板147之间的电流流动被中断。凸部分165与子板147脱离时的压力被称为“电流中断压力”。
如果如图2C所示，电池的内部压力进一步增加，那么通风板160在凹槽163处断裂并将电池内部的气体排放到外部。通风板160在凹槽163处断裂时的压力被称为“通风口断裂压力”。
正活性材料可被划分成基于LCO(LiCoO2)的正活性材料和基于NCM(LiNiCoMnO2)的正活性材料。尽管基于LCO的正活性材料增强了安全性，但是钴的价格也已经增加，从而导致供应与需求之间的矛盾并且降低了收益。因此，正在进行对于基于NCM的正活性材料的研究。
基于NCM的正活性材料具有与基于LCO的正活性材料不同(或完全不同)的通过与电解液的反应所引起的气体产生特性。因此，重要的是，对于利用基于NCM的正活性材料制成的电池设定(或配置)足够的中断压力和足够的通风口断裂压力。
图3是示出可再充电电池在被完全充电并被保持在90℃时其内部的压力随时间变化的图。如图3所示，基于LCO的正活性材料显示出在初始阶段期间有少量的气体产生，并且显示出在一定(或预定)时间段之后产生的气体的量快速增加。相反，基于NCM的正活性材料显示出在初始时间段有大量的气体产生，并且显示出随着时间的推移气体的量几乎没有进一步增加。
对于可再充电电池，可靠性和安全性必须同时得到保证，而可靠性与安全性是反相关的。
增强的安全性导致降低的可靠性，而反之亦然。例如，在完全充电的可再充电电池保持在90℃的同时，为了满足在8小时内CID(电流中断设备)的稳定电池操作(即，电池操作没有中断)中的可靠性标准，期望设置一高电流中断压力。90℃的分类用于确定可靠性，使得移动设备即使在极高的温度下也不会被关断。相反，由于电流中断压力与过充电期间产生的气体量有关，因此期望设置一低电流中断压力。也就是说，原因在于，在可再充电电池以2C速率被绝热地过充电时，为了满足必须不存在燃烧和爆炸的安全性标准，在燃烧和爆炸之前过充电电流必须被中断。
电池内部产生气体的最大原因在于电解液通过与正活性材料反应而分解。
将参照以下示例更具体地对本发明进行描述。不过，这些示例仅是示例性目的，并不意在限制本发明的范围。
表1
  对比例10 NCM 0.2 9 25 OK(9.5) NG OK(19)
  对比例11 NCM 0.4 8 20 OK(10.5) NG OK(17)
  对比例12 NCM 0.4 9 25 OK(11) NG OK(18)
  对比例13 NCM 2.2 8 20 NG(5.6) OK OK(22)
  对比例14 NCM 2.2 9 25 NG(5.8) OK OK(23)
  对比例15 NCM 1.0 11 20 OK(10.2) NG OK(23)
  对比例16 NCM 1.0 9 18 NG(4.6) OK OK(20)
  示例性实施例1 NCM 0.5 8 20 OK(12.5) OK OK(30)
  示例性实施例2 NCM 0.5 9 25 OK(13.6) OK OK(31)
  示例性实施例3 NCM 1.0 8 20 OK(15.7) OK OK(33)
  示例性实施例4 NCM 1.0 9 25 OK(16.5) OK OK(29)
  示例性实施例5 NCM 2.0 8 20 OK(17.1) OK OK(30)
  示例性实施例6 NCM 2.0 9 25 OK(19.9) OK OK(32)
表1示出与根据正活性材料、电流中断压力和通风口断裂压力的三个标准有关的实验的结果。
第一标准针对以1C(2.4Ah)速率和4.2V被完全充电的十个电池被放到加热至90℃的烤箱中之后的电压变化。此处，如果电流在8小时内不被中断并且电压被保持在大约4.0V以上，那么该标准被分类为“OK(好)”，否则被分类为“NG(不好)”。
第二标准针对以1C(2.4Ah)速率和4.2V被完全充电的十个电池被绝缘材料包围并且然后在3小时内以2C速率和18V被过充电。此处，如果电流被中断并且不存在燃烧或破裂，那么该标准被分类为“OK”，否则被分类为“NG”。
第三标准针对以1C(2.4Ah)速率和4.2V被完全充电的十个电池被放到烤箱中之后的电压和温度的变化。烤箱的温度以每分钟5℃的速率被增加并且在30分钟后达到150℃。此处，如果在电池的温度达到150℃之后的10分钟内通风口没有断裂并且不存在燃烧和破裂，那么该标准被分类为“OK”，否则被分类为“NG”。
第一标准是关于可靠性，而第二标准和第三标准是关于安全性。
<对比例>
对比例1针对具有基于LCO的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在6Kgf/cm2，而通风口断裂压力被设定在26Kgf/cm2。对比例2针对具有基于LCO的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在7Kgf/cm2，而通风口断裂压力被设定在30Kgf/cm2。参照表1，对比例1和2满足第一、第二和第三标准。
具有少量气体产生的基于LCO的正活性材料满足所有以上标准。
对比例3针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在6Kgf/cm2，而通风口断裂压力被设定在26Kgf/cm2。对比例4针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在7Kgf/cm2，而通风口断裂压力被设定在30Kgf/cm2。参照表1，对比例3和4不满足任何标准。
由于基于NCM的正活性材料的气体产生类型与基于LCO的正活性材料的气体产生类型不同，因此在以上条件下，基于NCM的正活性材料无法保证可靠性和安全性。
对比例5针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在6Kgf/cm2，而通风口断裂压力被设定在20Kgf/cm2。对比例6针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在6Kgf/cm2，而通风口断裂压力被设定在25Kgf/cm2。应该注意的是，基于NCM的正活性材料不能满足对比例3和4中的安全标准；由于随着时间的推移产生越来越少的气体，因此即使在受热的情况下所产生的气体量也不足以使通风口断裂。因此，通风口断裂压力被降低。
参照表1，对比例5和6满足第三标准，但是不满足第一标准和第二标准。
基于NCM的正活性材料最初产生许多气体，并且在被保持在90℃时比基于LCO的正活性材料早达到电流中断压力。因此，具有基于NCM的正活性材料的电池只有在其电流中断压力被设置得比基于LCO的正活性材料的电流中断压力高的情况下，才能够满足在电池被保持在90℃时电流中断设备在8小时内不会中断电池操作的第一标准。
对比例7针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在8Kgf/cm2，而通风口断裂压力被设定在26Kgf/cm2。对比例8针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在9Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在30Kgf/cm2。
如表1所示，在高电流中断压力下，对比例7和8满足第一标准，但是不满足第二标准和第三标准。
通过以上对比例，被确定的是，第一标准和第三标准可以通过控制电流中断压力和通风口断裂压力被满足。不过，第二标准可能无法通过控制电流中断压力和通风口断裂压力被容易地满足。
为了满足第二标准，过充电添加剂被引入。过充电添加剂LiCO3与电解液反应，并在过充电的情况下产生气体。利用数量受控的LiCO3，只有在过充电的情况下才可达到电流中断压力的气体可以被产生。
对比例9针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在8Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在20Kgf/cm2，而且0.2wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。对比例10针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在9Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在25Kgf/cm2，而且0.2wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。
如表1所示，在高电流中断压力和通风口断裂压力下，对比例9和10满足第一标准和第三标准，但是由于LiCO3的量少而不满足第二标准。
对比例11针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在8Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在20Kgf/cm2，而且0.4wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。对比例12针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在9Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在25Kgf/cm2，而且0.4wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。
如表1所示，在高电流中断压力和通风口断裂压力下，对比例11和12满足第一标准和第三标准，但是由于LiCO3的量少而不满足第二标准。
对比例13针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在8Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在20Kgf/cm2，而且2.2wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。对比例14针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在9Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在25Kgf/cm2，而且2.2wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。
如表1所示，在高通风口断裂压力和大量的LiCO3下，对比例13和14满足第二标准和第三标准，但是由于电流因太多的LiCO3而早被中断，所以不满足第一标准。
对比例15针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在11Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在20Kgf/cm2，而且1.0wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。如表1所示，在比9Kgf/cm2高的11Kgf/cm2的电流中断压力下，对比例15不满足第二标准，由于电流未在适当的时刻中断，因此会发生燃烧。
对比例16针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在9Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在18Kgf/cm2，而且1.0wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。如表1所示，在比20Kgf/cm2低的18Kgf/cm2的电流中断压力下，对比例16面临的问题是通风口断裂得过早。
<示例性实施例>
示例性实施例1针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在8Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在20Kgf/cm2，而且0.5wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。
如表1所示，在高电流中断压力和通风口断裂压力以及适量的LiCO3的条件下，示例性实施例1满足第一、第二和第三标准。
示例性实施例2针对具有基于NCM正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在9Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在25Kgf/cm2，而且0.5wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。
如表1所示，在高电流中断压力和通风口断裂压力以及适量的LiCO3的条件下，示例性实施例2满足第一、第二和第三标准。
示例性实施例3针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在8Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在20Kgf/cm2，而且1.0wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。
如表1所示，在高电流中断压力和通风口断裂压力以及适量的LiCO3的条件下，示例性实施例3满足第一、第二和第三标准。
示例性实施例4针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在通风口断裂压力被设定在9Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在25Kgf/cm2，而且1.0wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。
如表1所示，在高电流中断压力和通风口断裂压力以及适量的LiCO3的条件下，示例性实施例4满足第一、第二和第三标准。
示例性实施例5针对具有基于NCM正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在通风口断裂压力被设定在8Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在20Kgf/cm2，而且2.0wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。
如表1所示，在高电流中断压力和通风口断裂压力以及适量的LiCO3的条件下，示例性实施例5满足第一、第二和第三标准。
示例性实施例6针对具有基于NCM的正活性材料的电池，其中电流中断压力被设定在通风口断裂压力被设定在9Kgf/cm2，通风口断裂压力被设定在25Kgf/cm2，而且2.0wt％的LiCO3被添加到正活性材料中。
如表1所示，在高电流中断压力和通风口断裂压力以及适量的LiCO3的条件下，示例性实施例6满足第一、第二和第三标准。
如上所述，在添加到正活性材料的过充电添加剂LiCO3的量在0.5wt％与2.0wt％之间时，具有基于NCM的正活性材料的电池显示出期望的效果。也就是说，如对比例11和12所示，在小于0.5wt％的过充电添加剂被添加时，所产生气体的量较少，引起的问题在于，电流不在适当的时刻中断从而发生燃烧。此外，如对比例13和14所示，在多于2.0wt％的过充电添加剂被添加时，过多的气体被产生，从而降低了可靠性。
进一步，在电流中断压力被设定在通风口断裂压力被设定在9Kgf/cm2与9Kgf/cm2之间并且通风口断裂压力被设定在20Kgf/cm2与25Kgf/cm2之间时，具有基于NCM正活性材料的电池显示出期望的效果。
也就是说，如对比例6所示，如果电流中断压力低于8Kgf/cm2，那么即使在没有燃烧危险的情况下电流也被过早中断，使可靠性恶化。此外，如对比例15所示，如果电流中断压力高于9Kgf/cm2，那么电流没有在适当的时刻中断，从而引起燃烧或爆炸的问题。
进一步，如对比例16所示，如果通风口断裂压力低于20Kgf/cm2，那么通风口过早断裂，而如对比例7中所示，如果通风口断裂压力高于25Kgf/cm2，那么通风口不会即刻断裂，从而引发电池的燃烧或爆炸。
不过，电流中断压力和通风口断裂压力随电池容量而变化。它们的关系被显示在图4和图5中。
图4是示出电流中断压力和通风口断裂压力与具有基于NCM正活性材料的电池的容量之间的关系的图。
表2
  容量(Ah)＝X   2.2   2.4   2.6   2.8   3.0
  电流中断压力(Kgf/cm2)＝A   8   8   9.5   15   15
  通风口断裂压力(Kgf/cm2)＝B   20   20   20   30   30
  A/B＝Y   0.4   0.4   0.48   0.5   0.5
表2示出电流中断压力和通风口断裂压力与电池容量之间的关系，图4中的图基于表2被绘制出。
如图4所示，具有基于LCO正活性材料的电池显示出Y值随着容量的增加而增加。Y是电流中断压力与通风口断裂压力的比率。
基于以上数据，容量(X)和电流中断压力与通风口断裂压力的比率(Y)之间的关系可通过以下的关系式1被显示出，该关系式也以图形示出在图4中。
关系式1
Y＝0.06500+0.1500*X
参照关系式1，基于LCO的正活性材料显示出电流中断压力与通风口断裂压力的比率(Y)随容量(X)的增加而增加。
图5是示出、电流中断压力和通风口断裂压力与具有基于NCM的正活性材料的电池的容量之间的关系的曲线图。
表3
  容量(Ah)＝X   2.0   2.0   2.0   2.2   2.2
  电流中断压力(Kgf/cm2)＝A   9.0   9.5   9.5   8   8.5
  通风口断裂压力(Kgf/cm2)＝B   21.2   18.1   20   25   18
  A/B＝Y   0.425   0.525   0.475   0.32   0.47
表3示出电流中断压力和通风口断裂压力与电池容量之间的关系，而图5中的图是基于表3被绘制出的。
表3中的数据利用圆点被表示在图5中。
如图5所示，具有基于NCM的正活性材料的电池显示出Y的值随着容量增加而逐渐减小。Y是电流中断压力与通风口断裂压力的比率。
基于以上数据，容量(X)和电流中断压力与通风口断裂压力的比率(Y)可通过以下的关系式2被显示出，该关系式也以图形示出在图5中。
关系式2
Y＝1.22-0.39*X+D(-0.08≤D≤0.08)，或者
Y＝1.224-0.3875*X+D(-0.08≤D≤0.08)
在图5中，实线表示Y＝1.22-0.39X，而虚线分别表示Y＝1.22-0.39X+0.08和Y＝1.22-0.39X-0.08。
参照关系式2，基于NCM的正活性材料显示出电流中断压力与通风口断裂压力的比率(Y)随容量(X)的增加而减小。
表4
  容量(Ah)＝X   2.0   2.2   2.4
  电流中断压力(Kgf/cm2)＝A   9.0   7.0   8
  通风口断裂压力(Kgf/cm2)＝B   26   14   19
  A/B＝Y   0.346   0.5   0.42
表4示出在图5中用三角形点表示的对比例。在容量是2.0Ah时，通风口不断裂，致使电池爆炸；而在容量是2.2Ah时，电流被过早中断并且通风口过早断裂，无法确保可靠性。进一步，在容量是2.4Ah时，通风口过早断裂，使可靠性恶化。
只要电流中断压力和通风口断裂压力与根据容量之间的关系符合上述关系式2，具有基于NCM的正活性材料的可再充电电池就能够确保可靠性和安全性。
换言之，可再充电电池需要既确保可靠性又确保安全性。不过，电池的可靠性与其安全性是反相关的。此外，基于LCO的正活性材料在其初始操作时间段期间产生少量的气体，而在一定时间段之后产生大量的气体。相反，基于NCM的正活性材料在其初始操作时间段期间产生大量的气体，而随着时间的推移，产生的气体数量不再进一步增加。
这样，从以上可知，本发明的实施例包括一种可再充电电池，该可再充电电池具有包括正电极的电极组件、容纳所述电极组件的壳体，以及被连接至所述壳体的盖组件。此处，正电极包括集流体和被连接至集流体的基于NCM的正活性材料，并且盖组件包括电流中断部分和具有凹槽的通风板。电流中断部分被配置为在壳体内部的电流中断压力(Kgf/cm3)A下中断电连接。凹槽被配置为在壳体内部的通风口断裂压力(Kgf/cm3)B下使通风板断裂。可再充电电池被配置为具有容量X(Ah)，并且可再充电电池被配置为满足A/B＝1.22-0.39X+D(-0.08≤D≤0.08)。
在一个实施例中，电流中断部分的电流中断压力在大约8Kgf/cm2与大约9Kgf/cm2之间，而通风板的凹槽的通风口断裂压力在大约20Kgf/cm2与大约25Kgf/cm2之间。此外，基于NCM的正活性材料可以包括数量在正活性材料的大约0.5和大约2.0wt％之间的过充电添加剂。过充电添加剂包括LiCO3。这样，由于在适当的时刻电流被中断并且通风口断裂，因此具有基于NCM的正活性材料的可再充电电池具有改进的安全性和可靠性。此外，可靠性和安全性由于正活性材料中的过充电添加剂而得到进一步改进。
虽然已经结合特定示例性实施例对本发明进行了描述，但是应该理解的是，本发明不局限于所公开的实施例，而是相反地，本发明意在涵盖包括在所附权利要求书的精神和范围及其等同物内的各种修改和等同设置。

Claims (21)

1.一种可再充电电池，包括：
电极组件，包括正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的隔板；
容纳所述电极组件的壳体；以及
被连接至所述壳体的盖组件，
所述正电极包括集流体和被连接至所述集流体的正活性材料，其中，所述正活性材料是基于氧化锂镍钴锰的正活性材料；
所述盖组件包括通风板和用于在所述壳体内部的电流中断压力下中断电连接的电流中断部分，
所述通风板具有被配置为在所述壳体内部的通风口断裂压力下使所述通风板断裂的凹槽，并且
所述可再充电电池满足：
A/B＝1.22-0.39X+D，
其中：
A表示所述电流中断部分的电流中断压力，单位为kgf/cm2；
B表示所述凹槽的通风口断裂压力，单位为kgf/cm2；
X表示所述可再充电电池的容量，单位为Ah，2.0≤X≤2.4；并且
D表示大于等于-0.08且小于等于0.08的常数。
2.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述盖组件进一步包括：
被连接至所述壳体的顶盖；
子板，所述通风板位于所述顶盖与所述子板之间并且包括面向所述壳体的底端的凸部分，所述子板被焊接至所述凸部分并且被电连接至所述电极组件；
位于所述通风板与所述子板之间的底盖；以及
位于所述底盖与所述子板之间的突起。
3.根据权利要求2所述的可再充电电池，其中所述突起包括用于将所述子板和所述底盖焊接到一起的焊接部分。
4.根据权利要求2所述的可再充电电池，进一步包括被电连接至所述电极组件的凸缘部件，其中所述底盖通过所述凸缘部件被电连接至所述电极组件。
5.根据权利要求2所述的可再充电电池，其中所述子板通过所述底盖被电连接至所述电极组件。
6.根据权利要求2所述的可再充电电池，进一步包括位于所述底盖与所述通风板之间的绝缘板。
7.根据权利要求2所述的可再充电电池，其中所述电流中断部分包括用于将所述凸部分与所述子板焊接在一起的焊接部分。
8.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述可再充电电池为圆柱形。
9.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述正活性材料包括数量在所述正活性材料的0.5与2.0wt％之间的过充电添加剂。
10.根据权利要求9所述的可再充电电池，其中所述过充电添加剂包括碳化合物。
11.根据权利要求10所述的可再充电电池，其中所述碳化合物包括碳酸锂。
12.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述电流中断部分的电流中断压力在8kgf/cm2与9kgf/cm2之间。
13.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述凹槽的通风口断裂压力在20kgf/cm2与25kgf/cm2之间。
14.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中：
所述电流中断部分的电流中断压力在8kgf/cm2与9kgf/cm2之间，且
所述凹槽的通风口断裂压力在20kgf/cm2与25kgf/cm2之间。
15.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述正活性材料被涂覆在所述集流体上。
16.根据权利要求15所述的可再充电电池，其中所述集流体包括铝。
17.一种可再充电电池，包括：
电极组件，包括正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的隔板；
容纳所述电极组件的壳体；以及
被连接至所述壳体的盖组件，
所述正电极包括集流体和被连接至所述集流体的正活性材料，其中所述正活性材料是基于氧化锂镍钴锰的正活性材料；
所述盖组件包括通风板和用于在所述壳体内部的电流中断压力下中断电连接的电流中断部分，
所述通风板具有被配置为在所述壳体内部的通风口断裂压力下使所述通风板断裂的凹槽，
所述电流中断部分的电流中断压力在8kgf/cm2与9kgf/cm2之间，以及
所述通风板的凹槽的通风口断裂压力在20kgf/cm2与25kgf/cm2之间。
18.根据权利要求17所述的可再充电电池，其中所述基于氧化锂镍钴锰的正活性材料包括数量在所述正活性材料的0.5与2.0wt％之间的过充电添加剂。
19.根据权利要求18所述的可再充电电池，其中所述过充电添加剂包括碳酸锂。
20.一种形成可再充电电池的方法，所述可再充电电池包括：包括正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的隔板的电极组件；容纳所述电极组件的壳体；以及被连接至所述壳体的盖组件，所述正电极包括集流体和被连接至所述集流体的正活性材料，其中所述正活性材料是基于氧化锂镍钴锰的正活性材料；所述盖组件包括通风板和电流中断部分，所述通风板具有凹槽，所述方法包括：
将所述电流中断部分配置为在所述壳体内部的以kgf/cm2为单位的电流中断压力A下中断电连接；
将所述凹槽配置为在所述壳体内部的以kgf/cm2为单位的通风口断裂压力B下使所述通风板断裂；
将所述可再充电电池配置为具有以Ah为单位的容量X；以及
将所述可再充电电池配置为满足A/B＝1.22-0.39X+D，其中-0.08≤D≤0.08，2.0≤X≤2.4。
21.一种形成可再充电电池的方法，所述可再充电电池包括：包括正电极、负电极和位于所述正电极与所述负电极之间的隔板的电极组件；容纳所述电极组件的壳体；以及被连接至所述壳体的盖组件，所述正电极包括集流体和被连接至所述集流体的正活性材料，其中所述正活性材料是基于氧化锂镍钴锰的正活性材料；所述盖组件包括通风板和用于在所述壳体内部的电流中断压力下中断电连接的电流中断部分，所述通风板具有被配置为在所述壳体内部的通风口断裂压力下使所述通风板断裂的凹槽，所述方法包括：
将电流中断部分的电流中断压力设置在8kgf/cm2与9kgf/cm2之间；以及
将所述通风板的所述凹槽的通风口断裂压力设置在20kgf/cm2与25kgf/cm2之间。
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