CN102005602B

CN102005602B - 可再充电电池

Info

Publication number: CN102005602B
Application number: CN2010102668353A
Authority: CN
Inventors: 李东炫
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2009-09-01
Filing date: 2010-08-27
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2030-08-27
Also published as: JP5297424B2; CN102005602A; ATE557435T1; EP2290732A1; EP2290732B1; KR20110025036A; JP2011054567A; KR101191661B1; US20110052975A1; US8697272B2

Abstract

本发明涉及一种可再充电电池，其包括：包括被卷绕在一起的正电极、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；电连接到所述电极组件的端子；以及安装在所述电极组件与所述壳体之间的绝缘构件，其中所述绝缘构件具有基底和从所述基底延伸的四个绝缘板。

Description

可再充电电池

技术领域

本公开涉及一种可再充电电池。

背景技术

与不能用于再充电的一次电池不同，可再充电电池能再充电和放电。低容量可再充电电池通常用于例如移动电话、笔记本电脑和摄像机的小型便携式电子设备，而高容量可再充电电池通常用作电源来驱动例如混合动力车的电动机。

目前，已开发出一种使用非水电解液的具有高容量、高功率和高能量密度的可再充电电池。这种可再充电电池能用于驱动例如需要大量电力的电动车的电动机等设备。

进一步，高功率可再充电电池大体由多个串联或并联的可再充电电池形成。该可再充电电池可以为圆柱形或棱柱形。

棱柱形可再充电电池典型地包括：具有正电极和负电极以及位于正、负电极之间的隔板的电极组件、具有用于容纳电极组件的空间的壳体、封闭并密封壳体且具有端子插入通过的端子孔的盖板和插到壳体中并突出到壳体外的端子。

电极组件需要与壳体绝缘。然而，难以将绝缘薄膜安装在电极组件与壳体之间。另外，绝缘薄膜在安装过程中可能会被撕裂。当被撕裂时，可能导致内部短路，从而引起例如可再充电电池爆炸等更为严重的问题。

在一些情况下，电极组件通过将正、负电极以及正、负电极之间的隔板层叠，然后将它们螺旋卷绕在一起，并将它们挤压成扁平胶卷状制备。因此，电极组件可以具有两边缘呈凸状的哑铃形截面。

然而，由于电极组件的平坦部分比边缘处的凸状部分相对更薄，其可能没有被稳定地联接到支撑部分的界面。

随着可再充电电池反复地充电和放电，其中的电极组件也反复地膨胀和收缩。当电极组件不规则地反复膨胀和收缩时，可能使可再充电电池的性能恶化。

另外，电极组件在膨胀的过程中可能具有间隙。该间隙可能引起界面不均匀，从而使可再充电电池的性能恶化。

发明内容

本发明的示例性实施例提供一种将电极组件与壳体稳定绝缘但仍然保持电极组件的形状的可再充电电池。

根据本发明的实施例，一种可再充电电池包括用于在电极组件与壳体之间保持电极组件的形状的绝缘构件。

在本发明的一个实施例中，可再充电电池包括：电极组件，其包括被卷绕在一起的正电极、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；电连接到所述电极组件的端子；和位于所述电极组件与所述壳体之间的绝缘构件，其中所述绝缘构件具有基底和从所述基底延伸的四个绝缘板。所述基底可接触所述壳体的内底面。

在一些实施例中，所述电极组件包括第一部分和位于所述第一部分的各个端部的第二部分，其中所述绝缘构件具有大体上对应于所述第一部分的突出部分。所述突出部分可具有位于两个倾斜部分之间的平坦部分。所述绝缘构件还可具有位于所述基底与所述四个绝缘板其中的一个之间的槽，其中所述绝缘构件沿所述槽折叠。所述四个绝缘板其中的一个还可具有缓冲槽，该缓冲槽适于允许所述电极组件膨胀到其中。所述四个绝缘板其中的两个还可以基本是平的，并且可接触所述壳体的相应侧壁。

所述绝缘构件可被构造成基本防止所述电极组件与所述壳体之间的相对运动。

在一些实施例中，所述可再充电电池进一步包括将所述电极组件电连接到安装在密封所述壳体的盖板上的所述端子的引线接线片。在这些实施例中，所述四个绝缘板其中的一个可位于所述引线接线片与所述壳体之间。位于所述引线接线片与所述壳体之间的所述绝缘板还可以基本是平坦的。

所述绝缘构件可包括层叠的多片薄膜。所述薄膜可包括但并不限于PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PPS(聚苯硫醚)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(全氟烷氧基)、FEP(氟化乙丙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)及其组合中的一种或多种。

所述基底可具有适于接纳所述电极组件的圆形边缘的弧形表面。

所述绝缘构件可大体上接触所述壳体的内部表面。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的可再充电电池的分解立体图；

图2为组装后的图1的可再充电电池的立体图；

图3为沿图2的III-III线截取的剖视图；

图4为沿图2的IV-IV线截取的剖视图；

图5表示根据本发明的实施例和比较例的可再充电电池的充放电循环的容量改变；

图6A、6B、6C和6D为表示根据本发明的各个实施例的绝缘构件的局部剖视图；

图7为表示根据本发明的第二实施例的绝缘构件的立体图；

图8为根据本发明的第二实施例的可再充电电池的垂直剖视图。

指代附图中的一些元件的附图标记的说明

100、200：可再充电电池 14：壳体

15：电极组件 15a：平坦部分

15b：凸状部分 17：盖板

21：正极端子 22：负极端子

30、50：绝缘构件 31、51：基底

31a、51a：第一边缘 31b、51b：第二边缘

31c、51c：第三边缘 31d、51d：第四边缘

32、52：第一绝缘板 34、54：第二绝缘板

36、56：第三绝缘板 38、58：第四绝缘板

32a、34a、52a、54a：支撑部分 35：槽

52b、54b：缓冲槽 52c、54c：弯曲的支撑部分

具体实施方式

以下将参照其中显示本发明示例性实施例的附图对本发明进行更充分描述。本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种不同方式对描述的实施例进行修改。在说明书和附图中，相似的附图标记指代相似的元件。

图1为根据第一示例性实施例的可再充电电池的分解立体图。

图2为根据第一实施例的可再充电电池的立体图，图3为沿图2的III-III线截取的剖视图，而图4为沿图2的IV-IV线截取的剖视图。

参见附图，可再充电电池100包括：电极组件15，其包括正电极11、负电极12和位于正电极11与负电极12之间的隔板13；具有用于容纳电极组件的空间的壳体14；与壳体14的开口14a结合的盖板17；和安装到盖板17上并电连接到电极组件15的正极端子21和负极端子22。

正电极11和负电极12均包括在由薄金属箔板制成的集流体上涂覆有活性物质的涂覆区域，并包括未涂覆活性物质的相应的未涂覆区域11a和12a。正极未涂覆区域11a沿长度方向形成在正电极11的一端。负极未涂覆区域12a沿长度方向形成在负电极12的与正极未涂覆区域11a相对的另一端。

正电极11和负电极12与在中间作为绝缘体的隔板13层叠，并且然后螺旋卷绕成胶卷，以形成电极组件15。电极组件15被压力机等压平，使其能容纳在壳体14中。挤压后的组件15被挤向两边并隆起，以在两边凸起，从而形成凸状部分15b。另一方面，平坦部分15a形成在两个凸状部分15b之间。

此外，参见图2至4，位于电极组件的一边缘的正极端子21的引线接线片21a被焊接到正极未涂覆区域11a上。负极端子22的引线接线片22a被焊接到负极未涂覆区域12a上。

壳体14可以由例如铝、铝合金、镀镍钢等导电金属制成，并形成为具有用于容纳电极组件15的空间且在一侧具有开口14a的六面体棱柱。

如图1所示，绝缘构件30用于在壳体14与电极组件15之间电绝缘。绝缘构件30具有十字形状，并包括紧密联结到壳体14的底部的基底31、从基底31的第一边缘31a延伸的第一绝缘板32和从基底31的第二边缘31b延伸的第二绝缘板34。此外，绝缘构件30包括从与第一边缘31a相交的第三边缘31c延伸的第三绝缘板36和从与第三边缘31c相对的第四边缘31d延伸的第四绝缘板38。第一至第四绝缘板32、34、36和38均接触壳体14的相应侧壁。

绝缘构件30可以包括但不限于PP(聚丙烯)、PE(聚乙烯)、PPS(聚苯硫醚)、PBT(聚对苯二甲酸丁二醇酯)、PTFE(聚四氟乙烯)、PFA(全氟烷氧基)、FEP(氟化乙丙烯)、PVDF(聚偏氟乙烯)及其组合中的一种或多种。

如图1所示，绝缘构件30被定位在壳体14的开口14a上，并与电极组件15一同被插到壳体14中。在插入的过程中，绝缘板32、34、36和38朝向电极组件15折叠以大体上包围该电极组件。

在展开的构造中，绝缘构件30为分解后的顶部开放的长方体，即其为十字形状。

如上所述，当电极组件15被插到壳体中时，十字形状的绝缘构件30能被折叠并容易地安装到电极组件15与壳体14之间。

电极组件15被插到壳体之后，螺母25拧到端子21和22上并从顶部支撑电极组件15。另外，垫圈28被安装用于螺母25与盖板17之间的绝缘。

参见图1和4，支撑部分(突出部)32a从第一绝缘板32突出以大体上与电极组件15的平坦部分15a相对应并与之接合。此外，第二绝缘板34上的另一支撑部分(突出部)34a被形成以大体上与电极组件15的另一侧上的平坦部分15a相对应并与之接合。

支撑部分32a和34a均接合电极组件15的一侧。支撑部分32a和34a具有倾斜的端部使得它们能基本接触平坦部分15a的整个表面以及紧邻平坦部分15a的凸状部分15b。

换言之，支撑部分32a和34a在其接触平坦部分15a的部位是平坦的，而在其接触凸状部分15b的部位是倾斜的，使得它们能稳定地支撑平坦部分15a，并且还稳定地接触一部分凸状部分15b。因此，支撑部分32a和34a具有梯形截面。

另一方面，第三绝缘板36和第四绝缘板38位于引线接线片21a和22a与壳体14之间，防止引线接线片21a和22a接触壳体14。当插到壳体14中时，绝缘构件30形成为顶部开放的长方体形状。

当可再充电电池100反复地充电和放电时，其中的电极组件15反复地膨胀和收缩。因而，支撑部分32a和34a在壳体14与电极组件15之间挤压电极组件15的平坦部分15a，基本保持电极组件15的形状并防止界面不均匀。

图5为表示根据本发明的第一实施例的可再充电电池的充放电循环的容量改变的图表。具有5A的稳定电流(regular current)的可再充电电池以1C的充放电倍率在2.8V到4.2V之间充电和放电。

根据本发明的第一实施例，各个支撑部分32a和34a均通过层叠二十四片薄膜形成。支撑部分32a和34a通过层叠结构而非使用单个整体能被制备成具有更加精确的高度。根据由第一实施例修改的另一实施例，支撑部分通过层叠十二片薄膜形成。比较例1不具有支撑部分。在比较例2中，使用的可再充电电池具有的电极组件的界面不均匀。

如图5所示，具有支撑部分的电极组件在200次充放电循环之后显示较小的容量改变，但不具有支撑部分的比较例则具有大约98％的容量。另外，在400次充放电循环之后，具有支撑部分的电极组件具有大约96％的容量，而不具有支撑部分的组件则具有大约93％的容量。

因此，由于支撑部分支撑电极组件并保持基本均匀的界面，根据本发明的实施例的包括支撑部分的可再充电电池比不具有支撑部分的可再充电电池具有更高的容量保持能力。另外，由二十四片薄膜制成的支撑部分比由十二片薄膜制成的支撑部分具有稍微更高的容量保持能力。

图6A至6D表示根据本发明的第一实施例和各种修改实施例的绝缘构件的局部剖视图。

如图6A所示，绝缘构件30包括位于基底31与绝缘板32、34、36和38之间的边界上的槽35，使得绝缘板能更加易于折叠。在第一实施例中，槽35被形成为在绝缘构件30的顶面上具有三角形截面。

此外，如图6B所示，绝缘构件41可以包括在底面上具有三角形截面的槽41a。如图6C所示，绝缘构件42可以包括在顶面上具有四边形截面的槽42a。此外，如图6D所示，绝缘构件43可以包括在底面上具有四边形截面的槽43a。

图7为表示根据本发明的第二实施例的绝缘构件的立体图。图8为根据本发明的第二实施例的可再充电电池的垂直剖面图。

参见图7和8，由于根据本实施例的可再充电电池除了绝缘构件50之外与第一实施例的可再充电电池具有基本相同的结构，因此将不再对其进行更详细的描述或图示。

根据本实施例，绝缘构件50包括与壳体14的底部接合的基底51、从基底51的第一边缘51a延伸的第一绝缘板52和从基底51的与第一边缘51a相对的第二边缘51b延伸的第二绝缘板54。此外，绝缘构件50可以包括从与第一边缘51a相交的第三边缘51c延伸的第三绝缘板56和从与第三边缘51c相对的第四边缘51d延伸的第四绝缘板58。

基底51可以被构造成在其与电极组件15接合的顶面上具有弧形，使其能稳定地支撑具有相应弧形底部的电极组件15。因此，基底51能稳定地支撑电极组件15并基本防止电极组件15因外部冲击而震动或明显移位。如果电极组件15震动或移位，电极组件15可减小或中断与端子21和22的接触。然而，当基底51在其上具有弧形时，电极组件15被更加稳定地支撑。

第一绝缘板52包括接合平坦部分15a并支撑电极组件15的支撑部分52a。支撑部分52a突出并在中央包括四边形的缓冲槽52b。

支撑部分52a在其接合电极组件的平坦部分15a的部位是平坦的，在其接合凸状部分15b的部位是类似弧形大体上呈凹状。由于凸状部分15b在平坦部分的顶部和底部接合支撑部分52a，则支撑部分52a可具有两个弯曲的支撑部分52c。

第二绝缘板54包括与电极组件15的平坦部分15a接合的支撑部分54a。该支撑部分突出并在中央包括缓冲槽54b。

支撑部分54a在其接合平坦部分15a的部位是平坦的，在其接合凸状部分15b的部位是类似弧形呈凹状。由于凹状部分15b在平坦部分的顶部和底部接合支撑部分54a，则支撑部分54a可具有两个弯曲的支撑部分54c。

当弯曲的支撑部分52c、54c根据本发明的实施例类似弧形呈凹状时，弯曲的支撑部分54c接合电极组件15的凸状部分15b。弯曲的支撑部分52c和54c在两端支撑并牵拉电极组件。因此，弯曲的支撑部分52c和54c能防止电极组件15的界面变得不均匀。

另外，电极组件15在可再充电电池的充放电过程中膨胀，而由此引起的压缩可能导致电极组件恶化并降低可再充电电池的循环寿命。根据本实施例，为了稳定支持电极组件15并防止其退化，形成缓冲槽52b和54b。

更具体地，电极组件15在膨胀时能进入缓冲槽52b和54b，从而释放其上的压力。

尽管结合目前被认为是可实施的示例性实施例对本发明的实施例进行了描述，应该理解的是，本发明不限于所公开的实施例，相反，本发明致力于覆盖包含在所附权利要求及等同物的精神和范围内的各种修改和等同装置。

Claims

1.一种可再充电电池，包括：

包括被卷绕在一起的正电极、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；

电连接到所述电极组件的端子；和

位于所述电极组件与所述壳体之间的绝缘构件，其中所述绝缘构件具有基底和从所述基底延伸的四个绝缘板，

其中所述电极组件具有第一部分和位于所述第一部分的各个端部的第二部分，其中所述绝缘构件具有对应于所述第一部分的突出部分，

其中所述突出部分具有位于两个倾斜部分之间的平坦部分，并且

其中所述突出部分的所述平坦部分接触所述电极组件的所述第一部分，并且所述突出部分的所述两个倾斜部分接触所述电极组件的所述第二部分。

2.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述基底接触所述壳体的内底面。

3.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述绝缘构件具有位于所述基底与所述四个绝缘板其中的一个之间的槽，并且所述绝缘构件沿所述槽折叠。

4.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述四个绝缘板其中的一个具有缓冲槽，该缓冲槽适于允许所述电极组件膨胀到其中。

5.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述四个绝缘板其中的两个是平的。

6.根据权利要求5所述的可再充电电池，其中所述四个绝缘板中的每一个接触所述壳体的相应侧壁。

7.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述绝缘构件被构造成防止所述电极组件与所述壳体之间的相对运动。

8.根据权利要求1所述的可再充电电池，进一步包括将所述电极组件电连接到安装在密封所述壳体的盖板上的所述端子的引线接线片。

9.根据权利要求8所述的可再充电电池，其中所述绝缘板其中的一个位于所述引线接线片与所述壳体之间。

10.根据权利要求9所述的可再充电电池，其中位于所述引线接线片与所述壳体之间的所述绝缘板是平坦的。

11.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述绝缘构件包括层叠的多片薄膜。

12.根据权利要求11所述的可再充电电池，其中所述薄膜从由聚丙烯、聚乙烯、聚苯硫醚、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚四氟乙烯、全氟烷氧基、氟化乙丙烯、聚偏氟乙烯及其组合组成的组中选取。

13.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述基底具有适于接纳所述电极组件的圆形边缘的弧形表面。

14.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中所述绝缘构件接触所述壳体的内部表面。