CN101814621A - 可再充电电池 - Google Patents

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Abstract

公开了一种可再充电电池，该可再充电电池包括：电极组件，包括正电极、负电极和置于正、负电极之间的隔板；用于容纳该电极组件的壳体；和与该壳体相结合的盖组件，其中该盖组件包括中断板，该中断板能够因压力上升而变形以阻断电流，其中该中断板包括铝(Al)、镁(Mg)和锌(Zn)。

Description

可再充电电池
技术领域
本发明涉及可再充电电池。更具体地说，本发明涉及包括改进的盖组件的可再充电电池。
背景技术
可再充电电池与原电池的根本区别在于其能够反复充、放电。低容量的可再充电电池包括单个单电池，单个单电池可用于诸如移动电话、膝上型计算机和可携式摄像机之类的小型便携式电子设备。而高容量的可再充电电池则包括成组的多个单电池，常用作驱动混合电动车等的发动机的电源。
可再充电电池主要可形成为具有圆柱形形状或者棱形形状。
此外，若干可再充电电池可串联形成较高容量的可再充电电池模块，用来驱动需大量电能的电动汽车的发动机。
可再充电电池包括电极组件、具有容纳电极组件的空间的壳体以及与壳体相结合并密封壳体的盖组件，其中电极组件由正电极、负电极和置于正、负电极之间的隔板构成。
当可再充电电池以圆柱形形状形成时，电极组件的正、负电极上具有未涂覆活性材料的未涂覆区域，正电极的未涂覆区域和负电极的未涂覆区域沿彼此相异的方向对向设置。
负电极集流板贴置到负电极的未涂覆区域上，正电极集流板贴置到正电极的未涂覆区域上。负电极集流板电连接到壳体，正电极集流板电连接到盖组件，从而将电流输送到外部。于是，壳体充当了负极端子，而安装在盖组件上的顶盖充当了正极端子。
在反复充、放电时，可再充电电池中会产生气体，致使内部压力增大。如若内部压力持续上升，则可再充电电池有可能爆炸。为避免爆炸，提供了中断板，在预定压力下，中断板中形成在顶盖下方的凹槽会断裂。
然而，由于对热敏感，中断板会在反复充、放电的过程中退化。如此一来，中断板在大于或小于预定压力的压力下变形，这会降低可再充电电池的可靠性或安全性。
发明内容
本发明的示例性实施例提供一种可再充电电池。
本发明的另一实施例提供一种包括中断板的可再充电电池，该中断板易在预定压力条件下变形却不易在较高温度下退化。
根据一个实施例，提供一种可再充电电池，该可再充电电池包括产生电流的电极组件和容纳该电极组件的壳体，该壳体限定开口。在该实施例中，该电池进一步包括在该开口处连接到该壳体的盖组件，其中该盖组件包括中断板，该中断板在该壳体内的压力上升时变形以中断从该电极组件流出的电流，其中该中断板可由包括铝(Al)、镁(Mg)和锌(Mg)的合金材料形成。
根据另一实施例，提供一种可再充电电池，该可再充电电池包括产生电流的电极组件和容纳该电极组件的壳体，该壳体具有开口。在该实施例中，该电池进一步包括盖组件，该盖组件包括底盖、顶盖、连接到该电极组件的子板和插置在该顶盖与该底盖之间的中断板。在该实施例中，该中断板连接到该子板，其中该盖组件的各部件中的至少一个部件是由包括铝、镁和锌的合金材料形成的，该合金材料中铝(Al)、镁(Mg)和锌(Zn)的量的选取使得所述部件中的至少一个部件不会因受热而变形。
根据另一实施例，提供一种可再充电电池，该可再充电电池包括：电极组件，包括正电极、负电极和置于正、负电极之间的隔板；用于容纳该电极组件的壳体；和与该壳体相结合的盖组件，其中该盖组件包括中断板，该中断板能够因压力上升而变形以中断电流，其中该中断板包括铝(Al)、镁(Mg)和锌(Zn)。
该中断板可包括约0.3到1.3wt％的镁(Mg)和约0.1到0.3wt％的锌(Zn)，余量为铝(Al)。
该中断板可进一步包括从由硅(Si)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)和钛(Ti)构成的组中选出的至少一种。
特别地，该中断板可进一步包括约0.2到0.4wt％的硅(Si)、约0.3到1.0wt％的铁(Fe)、约0.2到1.0wt％的铜(Cu)和约0.9到2.0wt％的锰(Mn)铝(Al)、镁(Mg)和锌(Zn)可经退火处理。
该中断板的中心设有凸部，该凸部朝向该壳体的底部突出。
该可再充电电池可进一步包括：子板，安装在所述中断板下方并被焊接至所述凸部从而将所述中断板电连接至所述电极组件；顶盖，与壳体相结合，并设置在所述中断板的上方；底盖，设置在所述中断板和所述子板之间；以及设置在所述底盖和所述子板之间的突起。
该可再充电电池可进一步包括电流阻断件。在该电流阻断件处，该凸部与该子板焊接在一起，从而相结合。
该底盖可利用电连接到该电极组件的盖件电连接到该电极组件。
该子板可利用该底盖电连接到该电极组件。
该可再充电电池可进一步包括设在该底盖和该中断板之间的绝缘板。
根据一个实施例的可再充电电池由于包含能够在预定压力条件下变形却不易在高温下劣化的中断板，得以改进了可靠性和安全性。
在一种实施方式中，上述需求是由这样一种可再充电电池来满足的，该可再充电电池包括：产生电流的电极组件；容纳该电极组件的壳体，该壳体限定开口；和盖组件，该盖组件在所述开口处连接到该壳体。在此实施方式中，该盖组件包括在该壳体内的压力上升时变形以中断从该电极组件流出的电流的中断板。在此实施方式中，该中断板由包括铝、镁和锌的合金材料形成。
在另一种实施方式中，上述需求是由这样一种可再充电电池来满足的，该可再充电电池包括：产生电流的电极组件；容纳该电极组件的壳体，该壳体具有开口；和盖组件，该盖组件包括底盖、顶盖、连接到该电极组件的子板和中断板。该中断板插置在该顶盖和该底盖之间。在此实施方式中，该中断板连接到该子板。在此实施方式中，该盖组件的各部件中的至少一个部件是由包括铝(Al)、镁(Mg)和锌(Zn)的合金材料形成的。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的可再充电电池的分解透视图。
图2A到图2C示出了中断板分离和断裂的过程。
图3是根据各例和各对比例的铝合金受温度影响的抗张强度。
具体实施方式
以下将对照示出了本发明示例性实施例的附图更详尽地阐释本发明。然而，本发明可以以多种不同形式来实施，不应理解为本发明受限于这里列举的示例性实施例。
下面，参照图1详细说明本发明一个实施例的可再充电电池。
图1是根据本发明一个实施例的可再充电电池的分解透视图。
如图1所示，根据一个实施例的可再充电电池100包括电极组件110和壳体120，电极组件110包括正电极112、负电极113和置于正电极112与负电极113之间的隔板114，壳体120的一端具有用于容纳电极组件110和电解液的开口。壳体120的开口上安装有盖组件140，盖组件140利用垫圈144来密封壳体120。
更具体地说，壳体120由诸如镀有铝(Al)、铝合金(Al合金)或镍(Ni)的钢之类的导电金属构成。
根据一个实施例的壳体120以圆柱形形状形成，具有容纳电极组件110的内部空间。盖组件140嵌入到壳体120中并被夹紧固定。在此过程中，于壳体120上形成卷边部123和夹持部125。
根据一个实施例的电极组件110以圆柱形类型形成，其中正电极112、隔板114和负电极113被叠放并卷绕成漩涡状。但是，电极组件110的结构并不局限于上述结构，而是能够以其他形状形成。
在正电极112的顶部，未涂覆正活性材料的正未涂覆区域112a形成为与正电极集流板138电连接。此外，在负电极113的底部，未涂覆负活性材料的负未涂覆区域113a形成为与负电极集流板132电连接。
在负电极113中，负活性材料涂覆在由铜或铝构成的集流体上。在正电极112中，正活性材料涂覆在由铝等构成的集流体上。
负活性材料可包括碳基活性材料、硅基活性材料或钛基活性材料。正活性材料可包括碳基活性材料、镍基活性材料、锰基活性材料、钴基活性材料或三价活性材料(tertiary active material)。
盖组件140包括顶盖143和设置在顶盖143下方的中断板160，顶盖143安装有突出的外部端子143a和排气口143b，中断板160包括在预定压力条件下断裂从而排出气体的凹槽163。中断板160起到在预定压力条件下对电极组件110与顶盖143之间的电连接加以阻断的效用。
顶盖143和中断板160之间设有正温度系数件141。正温度系数件141用于在温度上升至超出预定水平时，大幅增加电阻，从而起到于可再充电电池100温度上升至超出预定水平时阻断电流的效用。
中断板160的中心设有朝底部突出的凸部165。子板147焊接至凸部165的底面上。
中断板160和子板147之间设置有底盖146。底盖146采用圆盘形状，中心处设有孔，以供凸部165插入。
底盖146和中断板160之间设置有绝缘件145以使二者绝缘。绝缘件145亦设有孔以供中断板160的凸部165插入。
如此，中断板160的凸部165借助上述诸孔方便地与子板147相结合。
子板147分别焊接到凸部165和底盖146。子板147利用底盖146电连接到电极组件110，底盖146利用盖件150电连接至电极组件110。如此，方便了电流传输到中断板160，并且中断板160和顶盖143相结合以便将电流传输到顶盖143的外部端子143a。
图2A到图2C示出了中断板分离和断裂的过程。
如图2A到图2C所示，子板147和凸部165通过超声波焊接相结合，且二者之间设有电流阻断件170。此外，子板147和底盖146通过激光焊接相结合，且二者之间设有突出的焊接部174和176。
当可再充电电池的内部压力因反复充、放电过程中出现的膨胀现象而上升时，中断板160的凸部165在此压力作用之下从子板147处移开。当凸部165从子板147处移开时，设置在凸部165和子板147之间的电流阻断件170分离，从而阻断中断板160和子板147之间的电流。使凸部165从子板147处移开的压力被定义为电流阻断压力。
如图2C所示，若电池的内部压力进一步升高，则中断板160上所设凹槽163会断裂，以便排放电池内部的气体。使凹槽163断裂的压力被定义为通风口断裂压力。
阻断电流的电流阻断压力和使中断板160的凹槽163断裂的通风口断裂压力对于电池的可靠性和安全性来说，是极为重要的因素。
如上所述，当可再充电电池的内部压力上升至超出预定范围时，中断板160从子板147处移开，从而阻断中断板160和子板147之间的电流。进一步，当该压力持续升高时，设在中断板160中的凹槽163会断裂，以便排放可再充电电池内部的气体，从而防止爆炸。
相应地，中断板160可由在预定压力条件下能够变形的材料制成，以防止可再充电电池爆炸。
而常规的可变形材料易因受热等退化。在反复充、放电的过程中，可再充电电池内部产生超出特定温度水平的热，中断板可能因受热而退化。当中断板160退化时，它会在低于或者高于适当水平的压力下变形，导致电流被过早或者过晚阻断。
根据一个实施例，中断板160由易在预定压力条件下变形而不易在高温下退化的铝合金制成。
根据一个实施例，中断板160可由主要成分为铝(Al)、镁(Mg)和锌(Zn)的铝合金制成。该铝合金包括约0.3到1.3wt％的镁(Mg)和约0.1到0.3wt％的锌(Zn)，余量为铝(Al)。
除上述成分之外，该铝合金可进一步包括从由硅(Si)、铁(Fe)、铜(Cu)、锰(Mn)和钛(Ti)的构成的组中选出的至少一种。根据另一实施例，该铝合金可进一步包括约0.2到0.4wt％的硅(Si)、约0.3到1.0wt％的铁(Fe)、约0.2到1.0wt％的铜(Cu)以及约0.9到2.0wt％的锰(Mn)。
该铝合金可经退火处理。
可以检测该铝合金以确定其物理特性。
抗张强度
表1示出了根据各例和各对比例的铝合金的成分。
[表1]
  Mg(wt％)   Zn(wt％)   Si(wt％)   Fe(wt％)   Cu(wt％)   Mn(wt％)   Ti(wt％)   Al(wt％)
  例1   0.60   0.15   0.20   0.40   0.60   1.00   0.06   96.99
  例2   1.30   0.25   0.30   0.70   0.25   1.50   -   95.70
  对比例1   -   -   0.30   0.55   0.12   1.00   ≤0.05   97.98
  对比例2   0.25   -   0.20   0.50   0.15   1.20   0.25   97.45
  对比例3   0.60   -   0.25   0.50   0.20   1.00   0.60   96.85
在上述表1中，根据例1、例2和对比例1-3的铝合金在约200摄氏度下经受约1小时的退火处理。
在温度升高的同时检测根据例1、例2和对比例1-3的铝合金以确定受温度影响的抗张强度。结果显示在图3中。
图3是根据上述各例和各对比例的铝合金受温度影响的抗张强度。
如图3所示，可以推断：根据对比例1的可再充电电池的抗张强度随温度上升而降低，根据对比例2和3的可再充电电池的抗张强度虽然随温度上升而略有提高，但是其绝对值并不够高。
而根据例1和例2的可再充电电池却展现出了较高的抗张强度，其抗张强度在室温(约25摄氏度)下为约230N/mm2或更高，并且其抗张强度随温度上升而提高。
抗张强度和屈服强度
表2示出了根据例3和对比例4的铝合金的成分。
[表2]
Figure G2010100023772D00081
在表2中，根据例3的铝合金与根据例2的铝合金的成分比例相同，但是根据例3和对比例4的铝合金在约350摄氏度下退火约10分钟。
表3示出了根据表3和对比例4的铝合金受温度影响的抗张强度和屈服强度。
[表3]
Figure G2010100023772D00082
如表3所示，根据例3的铝合金的受温度影响的抗张强度和屈服强度未有变化，相应地，其退化率为0％；而根据对比例4的铝合金的受温度影响的抗张强度和屈服强度分别降低22.5％和8.8％。从这一结果可以推断出：根据例3的铝合金不会因受热而劣化。
中断板的工作测试(电流中断设备(CID))
表4示出了根据例1和对比例5的铝合金的成分。
[表4]
  Mg(wt％)   Zn(wt％)   Si(wt％)   Fe(wt％)   Cu(wt％)   Mn(wt％)   Ti(wt％)   Al(wt％)
  例1   0.60   0.15   0.20   0.40   0.60   1.00   0.06   96.99
  对比例5   0.05   -   0.03   0.4   0.05   0.05   -   99.42
在表4中，根据例1的铝合金与抗张强度试验中所用的铝合金的成分比例相同。
采用根据例1和对比例5的各铝合金来制作图1所示可再充电电池的中断板160。此后，测量中断板工作时的内部压力(初始CID工作压力)，将该中断板置于85摄氏度下3天，并再次测量该中断板工作时的内部压力。
测试结果显示在表5和6中。
[表5]
Figure G2010100023772D00101
[表6]
表5示出了根据例1的铝合金的结果，图6示出了根据对比例5的铝合金的结果。参见表5和6，尽管并未针对所有内部压力来测量工作压力，但是，如这里所讨论的，就所测得值讨论的结果是很明显的。
参见表5，根据例1的中断板的初始CID工作压力为5.89kgf/cm2，参见表6，根据对比例5的中断板的初始CID工作压力为5.9kgf/cm2。在表5和6中，F(％)表示内部压力除以初始CID工作压力再乘以100。
如表6所示，在根据对比例5的铝合金中，CID在约3kgf/cm2的内部压力下工作。也就是说，该CID在约85摄氏度的高温下退化，因此在低于合适压力的条件下工作。
而在根据例1的铝合金中，CID在约5.1kgf/cm2或者更高的内部压力下工作。亦即，即便被置于约85摄氏度的高温下，CID也不会因受热而退化，因此，其工作在合适的压力下。
如上所述，因为由根据例1的铝合金制成的中断板能够在预定压力条件下变形，但却不会在高温下退化，所以能够提供一种具有良好可靠性和安全性的可再充电电池。

Claims (20)

1.一种可再充电电池，包括：
产生电流的电极组件；
容纳该电极组件的壳体，该壳体限定开口；
在该开口处连接到该壳体的盖组件，其中该盖组件包括中断板，该中断板在该壳体内的压力上升时变形以中断从该电极组件流出的电流，其中该中断板由包括铝、镁和锌的合金材料形成。
2.如权利要求1所述的可再充电电池，其中该中断板包括0.3到1.3wt％的镁和0.1到0.3wt％的锌，余量为铝。
3.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述中断板是进一步包括从由硅、铁、铜、锰和钛构成的组中选出的至少一种材料的所述合金材料。
4.如权利要求3所述的可再充电电池，其中所述中断板是包括0.2到0.4wt％的硅、0.3到1.0wt％的铁、0.2到1.0wt％的铜和0.9到2.0wt％的锰的所述合金材料。
5.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述包括铝、镁和锌的合金材料经退火。
6.如权利要求1所述的可再充电电池，其中所述盖组件进一步包括顶盖和底盖，所述中断板插置于该顶盖和该底盖之间。
7.如权利要求6所述的可再充电电池，其中所述中断板包括安装在所述顶盖下方的凸部，该凸部朝向所述壳体延伸。
8.如权利要求7所述的可再充电电池，其中所述盖组件进一步包括安装在所述中断板下方的子板，该子板被焊接至所述凸部从而将所述中断板电连接至所述电极组件。
9.如权利要求8所述的可再充电电池，其中所述底盖设置在所述中断板和所述子板之间，其中所述底盖和所述子板之间插置有突起。
10.如权利要求9所述的可再充电电池，进一步包括插置在所述中断板的所述凸部与所述子板之间的电流阻断件。
11.一种可再充电电池，包括：
产生电流的电极组件；
容纳该电极组件的壳体，该壳体具有开口；
盖组件，具有底盖、顶盖、连接到该电极组件的子板和插置在该顶盖与该底盖之间的中断板，其中该中断板连接到该子板，其中该盖组件的各部件中的至少一个部件由包括铝、镁和锌的合金材料形成，该合金材料中铝、镁和锌的量的选取使得所述部件中的至少一个部件不会因受热而变形。
12.如权利要求11所述的可再充电电池，其中由所述合金材料形成的所述部件中的至少一个部件包括所述中断板。
13.如权利要求12所述的可再充电电池，其中所述中断板包括0.3到1.3wt％的镁和0.1到0.3wt％的锌，余量为铝。
14.如权利要求12所述的可再充电电池，其中所述中断板是进一步包括从由硅、铁、铜、锰和钛构成的组中选出的至少一种材料的所述合金材料。
15.如权利要求14所述的可再充电电池，其中所述中断板是包括0.2到0.4wt％的硅、0.3到1.0wt％的铁、0.2到1.0wt％的铜和0.9到2.0wt％的锰的所述合金材料。
16.如权利要求11所述的可再充电电池，其中所述包括铝、镁和锌的合金材料经退火。
17.如权利要求11所述的可再充电电池，其中所述中断板包括安装在所述顶盖下方的凸部，该凸部朝向所述壳体延伸。
18.如权利要求17所述的可再充电电池，其中所述子板安装在所述中断板下方，且该子板被焊接至所述凸部从而将所述中断板电连接至所述电极组件。
19.如权利要求18所述的可再充电电池，其中所述底盖设置在所述中断板与所述子板之间，并且其中所述底盖与所述子板之间插置有突起。
20.如权利要求19所述的可再充电电池，进一步包括插置于所述中断板的凸部与所述子板之间的电流阻断件。
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