CN102460770B - 具有挠性凹入部分的棱柱形蓄电池组或电池 - Google Patents

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Abstract

一种电池组包括一电池外壳，在该外壳的主表面上具有凹入部分，该凹入部分实质上呈平面且在该凹入部分的一侧或两侧中的每一者上的隆脊部分处毗接该主表面的其余部分，藉此该凹入部分、该隆脊部分及该主表面的该其余部分在表压增加下协同作用以使得由该隆脊部分与该主表面的该其余部分之间的边界所界定的平面移动。

Description

具有挠性凹入部分的棱柱形蓄电池组或电池
相关申请案
本申请案主张2009年6月16日申请的美国临时申请案第61/187,552号的权益，该案的全部教示内容以引用的方式并入本文中。
援引并入
2009年4月15日申请的美国专利申请案第12/424,329号；2008年6月19日申请的美国专利申请案第12/214,535号；2007年6月22日申请的国际申请案第PCT/US2007/014591号；2006年6月23日申请的美国专利申请案第11/474,081号；2006年6月23日申请的美国专利申请案第11/474,056号；2006年7月12日申请的美国专利申请案第11/485,068号；2006年7月14日申请的美国专利申请案第11/486,970号；2007年6月21日申请的美国专利申请案第11/821,102号；2009年2月24日申请的美国专利申请案第61/208,443号；2009年4月15日申请的美国专利申请案第12/386,266号；及2009年4月15日申请的美国专利申请案第12/386,270号皆以全文引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及电池领域，特别是指一种具有挠性凹入部分的棱柱形蓄电池组或电池。
背景技术
携带型电子器件中的锂离子电池组典型地基于其用途而经历不同充电、放电及蓄电例行程序。当采用锂离子电池化学作用的电池组被不当充电、短路或暴露于高温时，其可能产生气体。此气体可能易燃且可能损害电池组的可靠性及安全性。典型地采用电流中断器件(currentinterruptdevice，CID)以通过在电池组内部的压力高于预定值时中断来自该电池组的电流路径而防止电池组发生任何过度的内压增加。
然而，即使在不存在过大内压(此会降低效能或引起安全问题)的情况下，锂离子电池组在再充电期间仍会经历内压增加。在棱柱形电池中，内压增加使得电池外壳挠曲。视电池外壳(诸如183665棱柱形电池外壳)内电极及电解质材料的组成及量而定，在再充电期间约18.02mm的外径可增加超过1毫米，达到约19.5mm。许多电池组类型(包括棱柱形电池)的使用要求常常限制充电循环期间的膨胀可用空间，从而限制所用电池组的类型、其容量或其使用模式(例如在充电期间自器件移出)。
因此，需要一种显著减少或排除上述问题的电池外壳。
发明内容
本发明大体而言是关于一种电池组电池外壳，其在主表面处包括在循环再充电期间挠曲的凹入部分。本发明亦关于采用该电池组电池外壳的电池组。
在一具体实例中，本发明针对一种电池组电池外壳，在该外壳的主表面上具有凹入部分，该凹入部分实质上呈平面且在该凹入部分的一侧或两侧上的隆脊部分处毗接该主表面的其余部分，藉此凹入部分、隆脊部分及主表面的其余部分在表压增加下协同作用以使得由隆脊部分与主表面的其余部分之间的边界所界定的平面移动。
在另一具体实例中，本发明针对一种电池组，其包括与该电池组的第一电极电连通的第一端子及与该电池组的第二电极电连通的第二端子。该电池组亦包括具有彼此电连通的电池外壳及盖板的电池组罐(batterycan)，该电池组与该第一端子电绝缘。该电池外壳在外壳的主表面上具有凹入部分，该凹入部分实质上呈平面且在该凹入部分的至少三侧上的隆脊部分处毗接该主表面的其余部分，藉此凹入部分、隆脊部分及主表面的其余部分在表压增加下协同作用以使得由隆脊部分与主表面的其余部分之间的边界所界定的平面移动。
在另一特定具体实例中，电池组的第一电极为包括活性阴极材料的阴极，其中该活性阴极材料包括钴酸锂。
在另一特定具体实例中，电池组的第一电极为包括活性阴极材料的阴极，其中该活性阴极材料包括以下的混合物：
a)钴酸锂；及
b)由以下经验式表示的锰酸盐尖晶石：
Li(1+x1)(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1
其中：
x1及x2各独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3；
y1及y2各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3；
z1等于或大于3.9且等于或小于4.2；
且A'为由镁、铝、钴、镍及铬组成的群中的至少一个成员，
其中钴酸锂与锰酸盐尖晶石的钴酸锂:锰酸盐尖晶石重量比介于约0.95:0.05与约0.6:0.4之间。
在另一特定具体实例中，电池组的活性阴极材料包括包含以下的混合物：
a)Li1+x8CoOz8；及
b)Li(1+x1)Mn2Oz1，其中：
x1等于或大于0.01且等于或小于0.3；且
z1等于或大于3.9且等于或小于4.2，
其中LiCoO2与Li(1+x1)Mn2Oz1的钴酸锂:锰酸盐尖晶石重量比介于约0.95:0.05与约0.6:0.4之间。
在另一特定具体实例中，电池组罐的至少一部分为第二端子的至少一个组件，或电连接至该第二端子，且该电池组罐进一步包括焊接于电池外壳上的盖板及至少一个与第一电极或第二电极中的任一者电连通的电流中断器件。该电流中断器件包括具有锥台的第一导电板，该锥台包括第一末端及直径小于该第一末端的直径的第二末端，及密封该锥台的第二末端的基本上呈平面的顶盖，其中底座处于电池组罐近端且该基本上呈平面的顶盖处于电池组罐远端。第二导电板与第一导电板且与第一电极及第二电极中的任一者电连通，且当第一板与第二板之间的表压在约4kg/cm2至9kg/cm2的范围内时，连接该第一板与该第二板的焊接点断裂。电池外壳亦包括至少一个排气构件，当表压在约10kg/cm2至约20kg/cm2的范围内时，电池组内部的气态物质经由该至少一个排气构件排出。
本发明具有许多优点。举例而言，凹入部分与电池组电池外壳的主表面的其余部分的组合可由于例如采用本发明的电池外壳的电池组(诸如锂离子型电池组)的正常再充电所致的表压增加而挠曲。本发明的凹入部分与隆脊部分及主表面的其余部分的组合对电池组电池外壳提供某种额外的结构刚性，且因此显著减小在不存在凹入部分的情况下会出现的任何电池外壳的宽度增加。然而，已发现，相对于在再循环期间不允许内部体积变化的电池组，在再充电循环期间保持可挠性且随之发生体积增加(虽然程度减小)基本上能维持电池组的寿命，诸如锂离子电池组。因此，在显著降低体积量度要求的同时可使电池组循环寿命基本上得以保持，从而增加使用可再充电电池组的灵活性及类型。
附图说明
图1A为本发明的一具体实例的棱柱形电池组的示意性透视图；
图1B为本发明的棱柱形电池组的另一具体实例的示意性透视图；
图2A为图1B中所示的本发明电池外壳的俯视图；
图2B为图2A的电池外壳的侧视图；
图2C为沿线CC获取的图2B的电池外壳的剖视图；
图2D为图2C的一部分的细部图；
图3A为在一具体实例中用于形成图2A至图2D中所示的电池外壳的心轴；
图3B为在一具体实例中用于形成图2A至图2D中所示的电池外壳的冲头；
图4A为处于非挠曲位置的电池外壳的壁的剖视图；
图4B为处于挠曲位置的电池外壳的壁的剖视图；
图4C为处于另一挠曲位置的电池外壳的壁的剖视图；
图5A为图1A中所示的棱柱形电池组的电池外壳的侧视图；
图5B为沿线BB获取的图5A的电池外壳的剖视图；
图5C为本发明的棱柱形电池组的另一具体实例的剖视图；
图6A为处于非挠曲位置的图1A中所示的棱柱形电池组的电池外壳的壁的剖视图；
图6B为处于挠曲位置的图6A的电池外壳的壁的剖视图；
图6C为处于另一挠曲位置的图6A的电池外壳的壁的剖视图；
图7为处于非挠曲位置的本发明的另一具体实例的电池外壳的壁的剖视图；
图8A为本发明电池组的第一导电板的视图；
图8B为本发明电池组的第一导电板的俯视图；
图8C为沿线AA获取的图8B的第一导电板的剖视图。
具体实施方式
经由如随附图式中所说明的对本发明的例示性具体实例的以下更具体描述，上述内容将显而易知。该等图式未必按比例绘制，而是着重于说明本发明的具体实例。
本文中所用的本发明电池组的「端子(terminal)」意谓电池组中连接至外部电路的部件或表面。
本发明电池组典型地包括与第一电极电连通的第一端子及与第二电极电连通的第二端子。该第一电极及该第二电极例如以「卷芯(jellyroll)」形式容纳于本发明电池组的电池外壳内。第一端子可为与电池组的正电极电连通的正端子，且第二端子为与电池组的负电极电连通的负端子；或第一端子可为与电池组的负电极电连通的负端子，且第二端子为与电池组的正电极电连通的正端子。较佳地，第一端子为与电池组的负电极电连通的负端子，且第二端子为与电池组的正电极电连通的正端子。
本文中所用的「电连接(electricallyconnected)」或「电连通(inelectricalcommunication)」一词意谓某些部件经由流经导体的电子彼此连通，相对于涉及流经电解质的离子(诸如Li+)的电化学连通。
图1A展示本发明的一具体实例的电池组10的分解透视图。电池组10包括第一电极12及第二电极14。第一电极12电连接至馈通器件16，该馈通器件16包括处于第一电极12近端的第一组件18及处于第一电极12远端的第二组件20。电极12、14置于包括电池外壳24及盖板26的电池组罐22内部，亦即，内部空间28由电池外壳24及盖板26界定。电池组10的电池外壳24与盖板26彼此电连通。
本文中所用的术语「馈通(feed-through)」包括连接电池组10中处于由电池外壳24及盖板26界定的内部空间28内的电极12与所界定的内部空间外部的电池组组件的任何材料或器件。馈通器件16较佳延伸穿过由盖板26界定的透通孔。馈通器件16亦可穿过盖板26而不发生变形，诸如弯曲、扭曲及/或褶曲，且可增加电池容量。与载流片褶曲或弯曲至电池外壳中且与内部电极焊接的现有锂电池组相比，使用此类馈通器件的一效益包括因体积利用率增加而使电池容量潜在增加(例如5-15％)。可在本发明中使用此项技术中已知的任何其他适合构件以连接电极12与电池组罐22外部的电池组组件，例如电池组的端子。
电池外壳24及盖板26可由任何适合的导电材料制成，该导电材料在电池组(诸如本发明的锂离子电池组)的既定电压下电学上及化学上基本上稳定。电池外壳24的适合材料的实例包括铝、镍、铜、钢、镀镍铁、不锈钢及其组合。电池外壳24较佳为铝或包括铝。在一尤佳具体实例中，电池外壳24由阳极化铝形成。电池外壳24的铝可在使铝胚料成型以形成电池外壳24之前、期间或之后阳极化。电池外壳24可由此项技术中已知的任何适合方法作标记，诸如U.S.6,066,412及WO00/11731中所述，该等文献的教示内容以引用的方式并入本文中。在电池外壳24经阳极化的一较佳具体实例中，可通过使用此项技术中已知的雷射技术在电池外壳24上形成标记。
盖板26的适合材料的实例与针对电池外壳24所列的材料相同。盖板26较佳由与电池外壳24相同的材料制成。在一更佳具体实例中，电池外壳24与盖板26均由铝形成或包括铝。盖板26的铝可经阳极化。盖板26可由此项技术中已知的任何适合方法密封电池外壳24。盖板26与电池外壳24较佳彼此焊接。此项技术中已知的盖板26电连接至电池外壳24的其他形式(诸如卷曲)亦可用于本发明中。
电池组罐22(例如盖板26)与馈通器件16电绝缘，例如经由绝缘垫(图中未示)达成。该绝缘垫由适合的绝缘材料形成，诸如聚丙烯、聚氟乙烯(PVF)等。
电池外壳24包括主表面30，其相对于该外壳的其余侧表面大体上呈平面，该其余侧表面典型地呈波状外形以使得外壳的横截面具有长椭圆形形状。电池外壳24亦包括主表面区域30的实质上呈平面的凹入部分32，及处于凹入部分32的一侧上的隆脊区段36。主表面30的其余部分38定义为主表面30中不包括凹入部分32及隆脊部分36的区域。图1B展示本发明的另一具体实例，其中仅存在一个隆脊部分36。
在图2A-2D中所示的具体实例中，电池外壳24为至少部分由铝建构的183665棱柱形电池外壳。电池外壳24的壁为约0.9mm厚，且由相对主表面处的平面界定的宽度为约18.20mm。如图2B中所示，凹入部分32的长度为约37mm且宽度为约37mm。典型地，凹入部分32的表面积在约1200mm2至约1400mm2的范围内。在另一具体实例中，凹入部分的表面积在约1248mm2至约1352mm2的范围内。在零表压下，凹入部分32距主表面30的其余部分38的最大深度为约0.4mm。大体而言，凹入部分32典型地占大体上呈平面的主表面区域30的约78％至约85％。在图2B中所示的本发明具体实例中，隆脊区段36与凹入部分32的至少一部分毗接于凹入部分32的一侧或两侧上。
图2A及图2B分别展示图1A中所示的电池外壳24的具体实例的俯视图及侧视图。在一具体实例中，凹入部分32的长度l为约37mm且宽度w为约37mm。图2C展示电池外壳24的横截面视图，其展示当电池外壳24的内部28处于约零公斤/平方公分(kg/cm2)下时，凹入部分32的一具体实例的轮廓。本文中所用的术语「表压(gaugepressure)」是指电池组外壳内部的绝对压力与大气压之间的差。图2D为图2C的细部图，其展示凹入部分32的隆脊区段36。凹入部分32可由此项技术中已知的任何适合技术形成，诸如辊轧、压印等。
在一较佳具体实例中，通过使用图3A及图3B中分别所示的心轴33及冲头35形成凹入部分32。心轴33包括凹部37。当制造电池外壳(图中未示)时，将心轴33自电池外壳的开口端插入电池外壳内，以使得心轴33的末端33a处于图2B及图2C中所示的电池外壳24的封闭端33b近端。接着将图3B中所示的冲头35在处于电池外壳24的开口端33c最近端的凹部37一端压入凹部37中，从而形成电池外壳24的凹入部分32。接着自电池外壳24移出图3B中所示的冲头35且可自心轴33移出电池外壳24。应了解，由于使用心轴33及冲头35进行制造，故凹入部分32将实质上呈平面且凹入部分32的一端并入其余部分38中，从而有效地产生实质上如图2中所示的电池外壳24。电池外壳24的形状通过使用心轴33及冲头35而形成，因为凹部37并不匹配冲头35，其中凹部37的一侧开放以允许自心轴33移出电池外壳24。换言之，沿凹入部分32的一侧实际上无隆脊。
图4A-4C为主表面区域30的示意性横截面图。图4A展示处于非挠曲位置的主表面区域，其代表当电池组未充电时外壳的形状，或当采用外壳的电池组未充电时具有内部表压。
典型地，本发明电池组在未充电时(亦即在未引起表压增加时)的表压小于约5kg/cm2。如图4A中所示，由隆脊区段部分36与主表面30的其余部分38之间的边界72界定的平面31a与主表面30的其余部分38的表面实质上平齐。此实质上平齐大体上界定在经历表压增加之前的时间点平面的原始位置，由平面31a表示。
当本发明电池组在充电时，表压会升高。如图4B中所示，当本发明电池组的表压增加时，表压增加使得由隆脊部分36与主表面30的其余部分38之间的边界72界定的平面移动离开初始位置。
在一具体实例中，平面移动为凹入部分32与其余部分38之间经由隆脊部分36协同作用的结果。如图4B中可见，凹入部分32的挠曲迫使隆脊区段36向外且因此隆脊区段36与其余部分38的边界72向外，从而使平面移动至第二位置。平面31b表示处于第二位置的平面。在图4B中所示的具体实例中，凹入部分32在再充电期间挠曲至平面31a以外的点，但仍处于平面31b内。
在另一具体实例中，如图4C中所示，凹入部分32在再充电期间挠曲至平面31b以外的点。
在另一具体实例中，如图5A-5B及图6A-6C中所示，隆脊部分36横越凹入部分32彼此相对，与图2B、图2C及图4A-4C中所示的具体实例成对比。图5C展示本发明的另一具体实例，其中多个隆脊部分36基本上皆彼此平行。在一具体实例中，各隆脊部分36的高度独立地在约0.2mm至约1.0mm的范围内。在一具体实例中，各隆脊的高度为约0.4mm。
在另一具体实例中，如图7中所示，大体上呈平面的主表面30的隆脊部分36具有例如由圆周半径界定的弧形形状。该圆周半径典型地在约0.2mm至1.0mm的范围内。在一具体实例中，圆周半径为约0.4mm。在该等情况下，将隆脊部分36与凹入部分74之间的边界74界定于凹入部分32与该弧形的切点处。
在所有具体实例中，隆脊部分36与凹入部分32之间的边界74相对于由隆脊部分36与其余部分38之间的边界72界定的平面保持凹入，直至表压达到至少40kg/cm2。又，在一些具体实例中，凹入部分32较佳在再充电完成后基本上恢复至其原始位置。另外，在表压增加之前平面的位置(亦即平面31a)与表压自增加的位准恢复之后平面的位置实质上相同。
在一具体实例中，在约12kg/cm2的表压下，包括两个凹入部分(各对侧各有一个)的电池外壳24的宽度W(如图2A中所示)自约18.02mm扩展至不超过约19.5mm。在一特定具体实例中，电池外壳24具有阳极化铝，其在挠曲之前的宽度W为约18.02mm，且在加压至约11.14kg/cm2之后的宽度W介于约18.4mm与约19.0mm之间；而具有未经阳极化的铝的相同电池外壳24的宽度W将自18.02mm扩大至约20.18mm至约20.40mm的宽度W。减少电池组外壳的挠曲(如在本发明中)会使表压增加至超过在典型电池外壳的相同再充电循环期间将产生的表压，藉此减小电池组所需的空间，同时仍允许电池组的卷芯在充电循环期间膨胀，从而使电池组的寿命得以保持。
返回图1，电池组罐22的电池外壳24及盖板26中的至少一者经由CID40与电池组10的第二电极14电连通。电池组罐22(亦即电池外壳24及盖板26)与电池组10的第一端子电绝缘，且电池组罐22的至少一部分为电池组10的第二端子的至少一个组件，或电连接至该第二端子。在一较佳具体实例中，盖板26的至少一部分或电池外壳24的底部充当电池组10的第二端子，且馈通器件16包括顶部导电层26，该顶部导电层26可充当电池组10与第一电极12电连通的第一端子。第一组件18、第二组件20及顶部导电层26各自且独立地可由此项技术中已知的任何适合导电材料(例如镍)制成。
本发明的电池组10包括CID40。尽管电池组10中采用一个CID40，但在本发明中可采用一个以上CID40。CID40包括彼此电连通(例如通过焊接、卷曲、铆接等)的第一导电板42及第二导电板44。第二导电板44与第二电极14电连通，且第一导电板42与电池组罐22(例如盖板26)电接触。
第一导电板较佳包括具有基本上呈平面的顶盖的锥台。如图8A-8C中所示，第一导电板42包括包含第一末端62及第二末端64的锥台60。第一末端62的直径(以图8C中的参考符号「j」表示)大于第二末端64的直径(以图8C中的参考符号「k」表示)。第一导电板42亦包括自锥台60的第一末端62的周界径向延伸的基座68。基本上呈平面的顶盖70密封了锥台60的第二末端64。本文中所用的术语「锥台(frustum)」意谓立体正圆锥体(亦即通过使直角三角形绕其一条直角边旋转而产生的立体)切去顶部而得到的在两个平行平面之间相交的基壁部分(不包括底端及顶端)。
在CID40中，当电池组内部的表压高于预定值，例如介于约4kg/cm2与约15kg/cm2之间或介于约5kg/cm2与约10kg/cm2之间时，第二导电板44与第一导电板42分开(例如变形分开或脱离)，藉此第二电极14与电池组罐22之间的电流中断，该电池组罐22的至少一部分为第二端子的至少一个组件，或电连接至该第二端子。
较佳地，当第二导电板44与第一导电板42分开时，第二导电板44中未出现断裂，故电池组10内部的气体不会经由第二导电板44放出。当内压保持增加且达到启动排气划线46的预定值时，气体可经由一或多个排气划线46(例如电池外壳24的电池壁或底部部分，或第二导电板44)自电池组10排出，此将稍后作详细论述。在一些具体实例中，启动排气划线46的预定表压值(例如介于约10kg/cm2与约20kg/cm2之间)高于启动CID40的预定表压值(例如介于约5kg/cm2与约10kg/cm2之间)。此特征有助于防止气体过早泄漏，其会损坏正常工作的相邻电池组(或电池)。因此，当本发明的电池组包(batterypack)中的多个电池之一受损时，其他正常电池不会受损。应注意，适于启动CID40的表压值或子范围及适于启动排气构件58的彼等值或子范围选自预定表压范围，使得所选压力值或子范围之间无重叠。较佳地，启动CID40的表压值或范围与启动排气构件58的彼等值或范围相差至少约2kg/cm2压力差，更佳相差至少约4kg/cm2，甚至更佳相差至少约6kg/cm2，诸如相差约7kg/cm2。
在一较佳具体实例中，CID40进一步包括介于第一导电板42的一部分与第二导电板44之间的绝缘体48(例如绝缘层或绝缘垫)。CID40与电池组的电池外壳24电连通。在CID40中，当电池组内部的压力高于预定值(例如约5kg/cm2至约10kg/cm2的范围内的内部表压)时，第二导电板44与第一导电板分开(例如变形分开或脱离)，藉此第二电极与第二端子之间的电流中断。
在另一较佳具体实例中，CID40的第一导电板42及绝缘体48中的至少一者包括至少一个孔(例如图1中的孔50或52)，电池组10内的气体经由该至少一个孔与第二导电板44流体连通。
在一特定具体实例中，CID40进一步包括安置于第一导电板42正上方且界定至少一个孔56的端板54，第一导电板42经由该至少一个孔56与电池组外部的大气流体连通。在一更特定具体实例中，端板54为电池组罐22的一部分；如图1中所示，端板54为电池组罐22的盖板26的一部分。在另一更特定具体实例中，端板54在电池组10的电池组罐22上，例如在电池组罐22的盖板26正上方、盖板26正下方或盖板26上，且与电池组罐22电连通。
本发明中的CID40置于电池组罐22内，或者，CID40的一部分处于电池组罐22内且CID40的另一部分处于电池组罐22上或电池组罐22上方。或者，CID40可由任何适合的方式(诸如焊接、卷曲等)电连接至盖板24。在一特定具体实例中，CID40的至少一个组件(第一导电板42及第二导电板44、绝缘体48及端板54)位于电池组罐22内。在另一特定具体实例中，CID40的至少一个组件(例如第一导电板42及第二导电板44、绝缘体48及端板54)位于电池组罐22(例如盖板24)的凹部内。在另一特定具体实例中，第一导电板42及第二导电板44以及端板54中的至少一者为电池组罐22(例如盖板24)的组件，或处于电池外壳22的侧面或底部。在一更特定具体实例中，第一导电板42及第二导电板44以及端板54中的至少一者为电池组罐22(例如盖板24)的一部分，或处于电池外壳24的侧面或底部。更特定言之，第一导电板42及第二导电板44以及端板54中的至少一者模印或压印至盖板26处，或处于电池外壳24的侧面或底部，较佳处于盖板54处。在另一更特定具体实例中，端板54为盖板24的一部分(例如经模印或压印)，且第一导电板42及第二导电板44置于电池外壳24内，如图1中所示。
第一导电板42及第二导电板44可由此项技术中已知的任何适于电池组的导电材料制成。适合材料的实例包括铝、镍及铜，较佳为铝。电池组罐22(例如电池外壳24及盖板26)、第一导电板42及第二导电板44较佳由实质上相同的金属制成。本文中所用的术语「实质上相同的金属」意谓在既定电压(例如电池组的工作电压)下具有实质上相同的化学及电化学稳定性的金属。电池组罐22、第一导电板42及第二导电板44更佳由相同金属(诸如铝)制成，其中电池组罐22、第一导电板42及第二导电板44皆与第二端子电连通，且其中该第二端子与第二电极14电连通，且其中该第二电极为阴极。
电池外壳24(例如电池壁或底部部分)包括至少一个排气构件58作为必要时(诸如当锂离子电池组10内的表压高于约10kg/cm2至约20kg/cm2的值时)对内部空间28进行排气的构件。在一些具体实例中，第二导电板44包括至少一个排气构件，诸如排气划线46，不过应了解，可采用任何适合类型的排气构件，只要该等构件在正常电池组工作条件下提供密封即可。
本文中所用的术语「划线(score)」意谓电池外壳(诸如电池外壳24)的区段的局部切口，其经设计以允许电池压力及任何内部电池组分在规定内部表压(例如介于约10kg/cm2与约20kg/cm2之间)下释放。排气划线较佳在远离使用者或相邻电池的方向上定位。如图所示，可采用一个以上排气划线。在一些具体实例中，可采用图案排气划线。排气划线可在形成电池外壳24的形状期间与电池外壳材料的主要伸展(或拉伸)方向平行、垂直、斜交。亦考虑排气划线的性质，诸如深度、形状及长度(尺寸)。
本发明电池组可进一步包括与第一端子或第二端子电连通(较佳与第一端子电连通)的正温度系数层(positivethermalcoefficientlayer，PTC)。适合的PTC材料为此项技术中已知的材料。大体而言，适合的PTC材料为当经受超过设计临限值的电流时，电导率随着温度增加而降低若干个数量级(例如104至106或106以上)的材料。大体而言，一旦电流降至低于适合的临限值，则PTC材料实质上恢复至初始电阻率。在一适合的具体实例中，PTC材料包括含少量半导体材料的多晶陶瓷，或包埋有碳粒的塑料或聚合物薄片。当PTC材料的温度达到临界点时，半导体材料或包埋有碳粒的塑料或聚合物形成阻碍电流动的障壁且使电阻突增。如此项技术中所知，可通过调整PTC材料的组成来改变电阻率突增的温度。PTC材料的「工作温度」为PTC的电阻率约为其最高电阻与最低电阻之间的中间值的温度。本发明所用的PTC层的工作温度较佳介于约70℃与约150℃之间。
特定PTC材料的实例包括含少量钛酸钡(BaTiO3)的多晶陶瓷，及包埋有碳粒的聚烯烃。PTC层夹入两个导电金属层之间的市售PTC层板的实例包括Raychem公司制造的LTP及LR4系列。大体而言，PTC层的厚度在约50μm至约300μm的范围内。
PTC层较佳包括导电表面，该导电表面的总面积为电池组10的盖板26或底部的总表面积的至少约25％或至少约50％(例如约48％或约56％)。PTC层的导电表面的总表面积可为电池组10的盖板26或底部的总表面积的至少约56％。电池组10的盖板26的至多100％的总表面积可由PTC层的导电表面占据。或者，电池组10的整个底部或底部的一部分可由PTC层的导电表面占据。
PTC层可位于电池罐(例如电池外壳24的盖板22或底部部分)内部或外部，较佳位于电池罐外部，例如位于电池罐的盖板26上方。
在一较佳具体实例中，PTC层介于第一导电层与第二导电层之间，且该第二导电层的至少一部分为第一端子的至少一个组件，或电连接至该第一端子。在一更佳具体实例中，该第一导电层连接至馈通器件。夹入第一导电层与第二导电层之间的此类PTC层的适合实例描述于2006年6月23日申请的美国专利申请案第11/474,081号中，该案的全部教示内容以引用的方式并入本文中。
在一些其他具体实例中，本发明的电池或电池组为如图1中所示的棱柱形(经堆叠或卷绕，例如183665或103450组态)。本发明的电池或电池组较佳具有棱柱形形状，其为长椭圆形的。尽管本发明可使用所有类型的棱柱形电池外壳，但长椭圆形电池外壳较佳，此部分归因于下文所述的两个特征。
当比较具有相同外部体积的堆叠时，长椭圆形形状(诸如183665外形尺寸)的可用内部体积大于两个18650电池的体积。当组装成电池组包时，长椭圆形电池充分利用该电池组包所占据的更多空间。此能够实现针对内部电池组件的新颖设计变化，相对于当今业界所见者，此可在不牺牲电池容量下增加关键效能特征。由于可用体积较大，吾人可选择使用具有相对较高循环寿命及较高速率能力(ratecapability)的较薄电极。此外，长椭圆形罐具有较大可挠性。举例而言，相较于因充电后堆叠压力增加而可挠性较小的圆柱形罐，长椭圆形形状在中腰点处可更大程度地挠曲。可挠性增加会降低电极的机械疲劳，继而延长循环寿命。又，电池组中隔板的孔隙堵塞可因相对较低的堆叠压力而得到改良。
相较于棱柱形电池组，使安全性相对较高尤其所需的特征可用于长椭圆形电池组。长椭圆形形状与卷芯呈适贴配合，其使得电池组所必需的电解质的量降至最低。相对较低量的电解质使得在误用情况下可用的反应材料较少且因此安全性较高。另外，由于电解质的量较少，故成本较低。在具有堆叠电极结构且横截面呈矩形形状的棱柱形罐的情况下，有可能在无需多余电解质下充分利用体积，但此种类型的罐设计更加困难且因此自制造观点而言成本更高。
至少一个电池较佳具有棱柱形电池外壳，且更佳具有如图1中所示的长椭圆形电池外壳。至少一个电池更佳具有183665组态。典型地，电池组包中电池的容量较佳等于或大于约3.0Ah，更佳等于或大于约4.0Ah。电池的内阻抗较佳小于约50毫奥姆(milliohm)，且更佳小于30毫奥姆。
本发明的锂离子电池组及电池组包可用于携带型电源器件，诸如携带型计算机、电动工具、玩具、携带型电话、摄录一体机、PDA及其类似物。在使用锂离子电池组的携带型电子器件中，其充电一般针对4.20V充电电压进行设计。因此，本发明的锂离子电池组及电池组包尤其适用于此等携带型电子器件。
本发明亦包括制造如上文所述的电池组(诸如锂离子电池组)的方法。该等方法包括形成如上文所述的电池外壳，及将第一电极及第二电极安置于该电池外壳内。形成如上文所述的电流中断器件(例如电流中断器件28)且使之与电池外壳电连接。
用于本发明的锂离子电池组的正电极及负电极以及电解质可由此项技术中已知的适合方法来形成。
适于负电极的负极活性材料的实例包括可在材料中掺杂或不掺杂锂的任何材料。该等材料的实例包括含碳材料，例如非石墨碳、人造碳、人造石墨、天然石墨、热解碳、焦炭(诸如沥青焦、针状焦、石油焦)、石墨、玻璃碳，或通过碳化酚树脂、呋喃树脂或类似物而获得的热处理有机聚合物化合物；碳纤维及活性碳。此外，金属锂、锂合金及其合金或化合物可用作负极活性材料。详言之，可与锂形成合金或化合物的金属元素或半导体元素可为第IV族金属元素或半导体元素，诸如(但不限于)硅或锡。详言之，掺杂有过渡金属(诸如钴或铁/镍)的无晶型锡为适用作此等类型的电池组中的阳极材料的金属。在相对基础电位下可在氧化物中掺杂或不掺杂锂的氧化物可用作负极活性材料，诸如氧化铁、氧化钌、氧化钼、氧化钨、氧化钛及氧化锡；且氮化物与之类似。
适于正电极的正极活性材料包括此项技术中已知的任何材料，例如镍酸锂(例如Li1+xNiM'O2)、钴酸锂(例如Li1+xCoO2)、橄榄石型化合物(例如Li1+xFePO4)、锰酸盐尖晶石(例如Li1+x9Mn2-y9O4(x9及y9各独立地等于或大于0且等于或小于0.3)或Li1+x1(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1)(x1及x2各独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3；y1及y2各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3；z1等于或大于3.9且等于或小于4.1)及其混合物。适合的正极活性材料的多种实例可见于2005年12月23日申请的国际申请案第PCT/US2005/047383号、2006年7月12日申请的美国专利申请案第11/485,068号及2007年6月22日申请的国际申请案第PCT/US2007/014591号中，该等案的全部教示内容皆以引用的方式并入本文中。
在一特定具体实例中，用于本发明的正电极的正极活性材料包括钴酸锂，诸如Li(1+x8)CoOz8。更特定言之，本发明采用约60-90wt％(例如约80wt％)的钴酸锂(诸如Li(1+x8)CoOz8)与约40-10wt％(例如约20wt％)的锰酸盐尖晶石(例如具有约100-115mAh/g)(诸如Li(1+x1)Mn2Oz1，较佳为Li(1+x1)Mn2O4)的混合物。值x1等于或大于0且等于或小于0.3(例如0.05≤x1≤0.15)。值z1等于或大于3.9且等于或大于4.2。值x8等于或大于0且等于或小于0.2。值z8等于或大于1.9且等于或大于2.1。
在另一特定具体实例中，用于本发明的正极活性材料包括包含钴酸锂(诸如Li(1+x8)CoOz8)及由经验式Li(1+x1)(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1表示的锰酸盐尖晶石的混合物。值x1及x2各独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3。值y1及y2各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3。值z1等于或大于3.9且等于或小于4.2。A'为由镁、铝、钴、镍及铬组成的群中的至少一个成员。更特定言之，钴酸锂与锰酸盐尖晶石的钴酸锂:锰酸盐尖晶石重量比介于约0.95:0.05与约0.9:0.1至约0.6:0.4之间。
在另一特定具体实例中，用于本发明的正极活性材料包括包含100％钴酸锂(诸如Li(1+x8)CoOz8)的混合物。
在另一特定具体实例中，用于本发明的正极活性材料包括至少一种选自由以下组成的群的氧化锂：a)钴酸锂；b)镍酸锂；c)由经验式Li(1+x1)(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1表示的锰酸盐尖晶石；d)由经验式Li(1+x1)Mn2Oz1或Li1+x9Mn2-y9O4表示的锰酸盐尖晶石；及e)由经验式Li(1-x10)A"x10MPO4表示的橄榄石化合物。值x1、z1、x9及y9如上文所述。值x2等于或大于0.01且等于或小于0.3。值y1及y2各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3。A'为由镁、铝、钴、镍及铬组成的群中的至少一个成员。值x10等于或大于0.05且等于或小于0.2，或值x10等于或大于0.0且等于或小于0.1。M为由铁、锰、钴及镁组成的群中的至少一个成员。A"为由钠、镁、钙、钾、镍及铌组成的群中的至少一个成员。
可用于本发明的镍酸锂包括Li原子或Ni原子或两者的至少一种修饰物。本文中所用的「修饰物(modifier)」意谓在LiNiO2的晶体结构中占据Li原子或Ni原子或两者的位点的取代基原子。在一具体实例中，镍酸锂仅包括Li原子的修饰物或取代基(「Li修饰物」)。在另一具体实例中，镍酸锂仅包括Ni原子的修饰物或取代基(「Ni修饰物」)。在另一具体实例中，镍酸锂包括Li修饰物与Ni修饰物。Li修饰物的实例包括钡(Ba)、镁(Mg)、钙(Ca)及锶(Sr)。Ni修饰物的实例包括Li以及另外的铝(Al)、锰(Mn)及硼(B)的彼等修饰物。Ni修饰物的其他实例包括钴(Co)及钛(Ti)。镍酸锂较佳经LiCoO2涂布。涂层可为例如梯度涂层或逐点涂层。
一种可用于本发明的特定镍酸锂类型由经验式Lix3Ni1-z3M'z3O2表示，其中0.05<x3<1.2且0<z3<0.5，且M'为一或多种选自由Co、Mn、Al、B、Ti、Mg、Ca及Sr组成的群的元素。M'较佳为一或多种选自由Mn、Al、B、Ti、Mg、Ca及Sr组成的群的元素。
另一种可用于本发明的特定镍酸锂类型由经验式Lix4A*x5Ni(1-y4-z4)Coy4Qz4Oa表示，其中x4等于或大于约0.1且等于或小于约1.3；x5等于或大于0.0且等于或小于约0.2；y4等于或大于0.0且等于或小于约0.2；z4等于或大于0.0且等于或小于约0.2；a大于约1.5且小于约2.1；A*为由钡(Ba)、镁(Mg)及钙(Ca)组成的群中的至少一个成员；且Q为由铝(Al)、锰(Mn)及硼(B)组成的群中的至少一个成员。y4较佳大于0。在一较佳具体实例中，x5等于0，且z4大于0.0且等于或小于约0.2。在另一具体实例中，z4等于0，且x5大于0.0且等于或小于约0.2。在另一具体实例中，x5及z4各独立地大于0.0且等于或小于约0.2。在另一具体实例中，x5、y4及z4各独立地大于0.0且等于或小于约0.2。x5、y4及z4各独立地大于0.0且等于或小于约0.2的镍酸锂的多种实例可见于美国专利第6,855,461号及第6,921,609号(其全部教示内容以引用的方式并入本文中)中。
镍酸锂的一特定实例为LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。一较佳特定实例为涂布有LiCoO2的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2。在逐点涂布的阴极中，LiCoO2并不完全涂布镍酸盐核心颗粒。涂布有LiCoO2的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2的组成可天然地与0.8:0.15:0.05的Ni:Co:Al重量比的组成稍有偏差。该偏差可在约10-15％Ni、5-10％Co及2-4％Al的范围内。镍酸锂的另一特定实例为Li0.97Mg0.03Ni0.9Co0.1O2。一较佳特定实例为涂布有LiCoO2的Li0.97Mg0.03Ni0.9Co0.1O2。涂布有LiCoO2的Li0.97Mg0.03Ni0.9Co0.1O2的组成可与0.03:0.9:0.1的Mg:Ni:Co重量比的组成稍有偏差。该偏差可在约2-4％Mg、10-15％Ni及5-10％Co的范围内。另一种可用于本发明的较佳镍酸盐为Li(Ni1/3Co1/3Mn1/3)O2，亦称为「333型镍酸盐」。如上文所述，此333型镍酸盐视情况可经LiCoO2涂布。
可用于本发明的钴酸锂的适合实例包括经至少一个Li或Co原子修饰的Li1+x8CoO2。Li修饰物的实例如上文针对镍酸锂的Li所述。Co修饰物的实例包括Li以及铝(Al)、锰(Mn)及硼(B)的修饰物。其他实例包括镍(Ni)及钛(Ti)；且详言之，由经验式Lix6M'y6Co(1-z6)M"z6O2表示的钴酸锂可用于本发明中，其中x6大于0.05且小于1.2；y6大于0且小于0.1；z6等于或大于0且小于0.5；M'为镁(Mg)及钠(Na)中的至少一个成员；且M"为由锰(Mn)、铝(Al)、硼(B)、钛(Ti)、镁(Mg)、钙(Ca)及锶(Sr)组成的群中的至少一个成员。可用于本发明的钴酸锂的另一实例为未经修饰的Li1+x8CoO2，诸如LiCoO2。在一特定具体实例中，钴酸锂(例如LiCoO2)掺杂有Mg及/或涂布有折射性氧化物或磷酸盐(诸如ZrO2或Al(PO4))。
所用氧化锂化合物尤其较佳具有类球形形态，因为相信此会改良填充特征及其他制造相关特征。
钴酸锂及镍酸锂各者的晶体结构较佳独立地为R-3m型空间群(斜方六面体，包括扭曲斜方六面体)。或者，镍酸锂的晶体结构可为单斜空间群(例如P2/m或C2/m)。在R-3m型空间群中，锂离子占据「3a」位点(x＝0，y＝0且z＝0)且过渡金属离子(亦即，镍酸锂中的Ni及钴酸锂中的Co)占据「3b」位点(x＝0，y＝0，z＝0.5)。氧位于「6a」位点(x＝0，y＝0，z＝z0，其中z0视金属离子(包括其修饰物)的性质而变)。
适用于本发明的橄榄石化合物的实例一般由通式Li1-x2A"x2MPO4表示，其中x2等于或大于0.05，或x2等于或大于0.0且等于或大于0.1；M为一或多种选自由Fe、Mn、Co或Mg组成的群的元素；且A"选自由Na、Mg、Ca、K、Ni、Nb组成的群。M较佳为Fe或Mn。更佳在本发明中使用LiFePO4或LiMnPO4或两者。在一较佳具体实例中，橄榄石化合物经具有相对较高电导率的材料(诸如碳)涂布。在一更佳具体实例中，在本发明中采用涂布有碳的LiFePO4或涂布有碳的LiMnPO4。M为Fe或Mn的橄榄石化合物的多种实例可见于美国专利第5,910,382号(其全部教示内容以引用的方式并入本文中)中。
在充电/放电后，橄榄石化合物的晶体结构典型地具有较小变化，此一般使得橄榄石化合物在循环特征方面较优越。又，即使当电池组经受高温环境时，安全性一般仍较高。橄榄石化合物(例如LiFePO4及LiMnPO4)的另一优点在于其成本相对较低。
锰酸盐尖晶石化合物具有锰基质，诸如LiMn2O4。尽管锰酸盐尖晶石化合物典型地具有相对较低的比容量(例如在约110mAh/g至115mAh/g的范围内)，但当将其配制成电极时具有相对较高的功率输送且典型地在较高温度下的化学反应性方面为安全的。锰酸盐尖晶石化合物的另一优点在于其成本相对较低。
一种可用于本发明的锰酸盐尖晶石化合物类型由经验式Li(1+x1)(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1表示，其中A'为Mg、Al、Co、Ni及Cr中的一或多者；x1及x2各独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3；y1及y2各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3；z1等于或大于3.9且等于或小于4.1。A'较佳包括M3+离子，诸如Al3+、Co3+、Ni3+及Cr3+，更佳为Al3++。锰酸盐尖晶石化合物Li(1+x1)(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1相较于LiMn2O4的循环性及功率可有所增强。另一种可用于本发明的锰酸盐尖晶石化合物类型由经验式Li(1+x1)Mn2Oz1表示，其中x1及z1各独立地与上文所述者相同。或者，用于本发明的锰酸盐尖晶石包括由经验式Li1+x9Mn2-y9Oz9表示的化合物，其中x9及y9各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3(例如0.05≤x9，y9≤0.15)；且z9等于或大于3.9且等于或小于4.2。可用于本发明的锰酸盐尖晶石的特定实例包括LiMn1.9Al0.1O4、Li1+x1Mn2O4、Li1+x7Mn2-y7O4，及其具有Al及Mg修饰物的变化形式。Li(1+x1)(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1类型的锰酸盐尖晶石化合物的多种其他实例可见于美国专利第4,366,215号、第5,196,270号及第5,316,877号(该等专利的全部教示内容以引用的方式并入本文中)中。
应注意，本文所述的适合阴极材料的特征为在制造并有其的锂离子电池组后存在的经验式。应了解，此后，其特定组成依据其在使用(例如充电及放电)期间所发生的电化学反应而变化。
适合的非水性电解质的实例包括通过将电解质盐溶解于非水性溶剂中而制备的非水性电解质溶液，固体电解质(含电解质盐的无机电解质或聚合物电解质)，及通过将电解质混入或溶解于聚合物化合物或其类似物中而制备的固体或凝胶状电解质。
非水性电解质溶液典型地通过将盐溶解于有机溶剂中来制备。有机溶剂可包括一般已用于此类型电池组的任何适合类型。该等有机溶剂的实例包括碳酸丙烯酯(PC)、碳酸伸乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、γ-丁内酯、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧杂环戊烷、4-甲基-1,3-二氧杂环戊烷、乙醚、环丁砜、甲基环丁砜、乙腈、丙腈、苯甲醚、乙酸酯、丁酸酯、丙酸酯及其类似物。较佳使用环状碳酸酯(诸如碳酸伸丙酯)或链状碳酸酯(诸如碳酸二甲酯及碳酸二乙酯)。此等有机溶剂可单独使用或以两种类型或两种以上类型的组合形式使用。
添加剂或稳定剂亦可存在于电解质中，诸如VC(碳酸乙烯酯)、VEC(碳酸乙烯伸乙酯)、EA(乙酸伸乙酯)、TPP(磷酸三苯酯)、磷氮烯(phosphazene)、联苯(BP)、环己基苯(CHB)、2,2-二苯基丙烷(DP)、双(草酸基)硼酸锂(LiBoB)、硫酸伸乙酯(ES)及硫酸伸丙酯。此等添加剂用作阳极及阴极稳定剂、阻燃剂或气体释放剂，其可使得电池组在形成、循环效率、安全性及寿命方面具有较高效能。
固体电解质可包括无机电解质、聚合物电解质及其类似物，只要材料具有锂离子电导率即可。无机电解质可包括例如氮化锂、碘化锂及其类似物。聚合物电解质由电解质盐及聚合物化合物组成，该电解质盐溶解于该聚合物化合物中。用于聚合物电解质的聚合物化合物的实例包括基于醚的聚合物(诸如聚氧化乙烯及交联聚氧化乙烯)、基于聚甲基丙烯酸酯的聚合物、基于丙烯酸酯的聚合物及其类似物。此等聚合物可单独使用或以两个种类或两个以上种类的混合物或共聚物形式使用。
凝胶电解质的基质可为任何聚合物，只要该聚合物通过吸收上述非水性电解质溶液而胶凝即可。用于凝胶电解质的聚合物的实例包括氟碳聚合物，诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(PVDF-HFP)及其类似物。
用于凝胶电解质的聚合物的实例亦包括聚丙烯腈及聚丙烯腈共聚物。用于共聚的单体(基于乙烯基的单体)的实例包括乙酸乙烯酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、伊康酸(itaconicacid)、氢化丙烯酸甲酯、氢化丙烯酸乙酯、丙烯酰胺、氯乙烯、偏二氟乙烯及偏二氯乙烯。用于凝胶电解质的聚合物的实例进一步包括丙烯腈-丁二烯共聚物橡胶、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物树脂、丙烯腈-氯化聚乙烯-丙二烯-苯乙烯共聚物树脂、丙烯腈-氯乙烯共聚物树脂、丙烯腈-甲基丙烯酸酯树脂及丙烯腈-丙烯酸酯共聚物树脂。
用于凝胶电解质的聚合物的实例包括基于醚的聚合物，诸如聚氧化乙烯、聚氧化乙烯共聚物及交联聚氧化乙烯。用于共聚的单体的实例包括聚氧化丙烯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯。
详言之，自氧化还原稳定性的观点而言，氟碳聚合物较佳用于凝胶电解质的基质。
电解质中所用的电解质盐可为适于此类型电池组的任何电解质盐。电解质盐的实例包括LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、LiB(C6H5)4、LiB(C2O4)2、CH3SO3Li、CF3SO3Li、LiCl、LiBr及其类似物。隔板一般将电池组的正电极与负电极分开。该隔板可包括一般已用于形成此类型的非水性电解质二次电池组的隔板的任何膜状材料，例如由聚丙烯、聚乙烯或两者的层状组合制成的微孔聚合物膜。另外，若固体电解质或凝胶电解质用作电池组的电解质，则未必需要提供隔板。在某些情况下，亦可使用由玻璃纤维或纤维素材料制成的微孔隔板。隔板厚度典型地介于9μm与25μm之间。
在一些特定具体实例中，正电极可通过以特定比率混合阴极粉末来制造。接着将90wt％的此掺合物与5wt％的乙炔黑导电剂及5wt％的PVDF黏合剂混合在一起。将该混合物分散于N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)溶剂中，制成浆料。接着将此浆料涂覆于典型厚度约20μm的集电铝箔的两个表面上，且在约100-150℃下干燥。接着由辊压机(rollpress)压延经干燥的电极，获得经压制的正电极。当仅使用LiCoO2作为正电极时，典型地使用含94wt％LiCoO2、3％乙炔黑及3％PVDF的混合物。负电极可通过混合93Wt％的石墨负极活性材料、3wt％的乙炔黑及4wt％的PVDF黏合剂来制备。亦将负极混合物分散于N-甲基-2-吡咯啶酮溶剂中，制成浆料。将负极混合物浆料均匀地涂覆于典型厚度约10μm的带状负极集电铜箔的两个表面上。接着由辊压机压延经干燥的电极，获得致密负电极。
一般使负电极及正电极以及由具有微孔的聚乙烯膜形成且厚度为25μm的隔板叠层且成螺旋形地卷绕以制造螺旋型电极元件。
在一些具体实例中，一或多个由例如铝制成的正引线条带附接至正电流电极，且接着电连接至本发明电池组的正端子。由例如镍金属制成的负引线连接负电极，且接着附接至馈通器件(诸如馈通器件16)。将例如EC:DMC:DEC与1MLiPF6的电解质真空填充于本发明的锂离子电池组的电池外壳中，其中该电池外壳具有成螺旋形卷绕的「卷芯」。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (25)

1.一种电池组外壳，其特征在于，在该外壳的主表面上具有一凹入部分，该凹入部分实质上呈平面且在该凹入部分的一侧或两侧中的每一者上的隆脊部分处毗接该主表面的其余部分，藉此该凹入部分、该隆脊部分及该主表面的该其余部分在表压增加下协同作用以使得由该隆脊部分与该主表面的该其余部分之间的边界所界定的平面移动，且其中该凹入部分的至少一部分在表压增加下挠曲至在表压增加之前该平面的位置以外的一点，且其中该隆脊部分与该凹入部分之间的边界相对于由该隆脊部分与该主平面的其余部分之间的该边界所界定的该平面保持凹入，直至表压达到至少2kg/cm2，藉此该外壳使该凹入部分在表压自一增加的位准恢复之后，相对于由该隆脊部分与该主表面的该其余部分之间的边界所界定的该平面实质上恢复至其初始形状及位置。
2.如权利要求1所述的电池组外壳，其特征在于，该主表面的该其余部分在单一隆脊部分处毗接该凹入部分。
3.如权利要求1所述的电池组外壳，其特征在于，该主表面的该其余部分在两个隆脊处毗接该凹入部分。
4.如权利要求1所述的电池组外壳，其特征在于，该隆脊部分彼此相对。
5.如权利要求1所述的电池组外壳，其特征在于，该凹入部分的至少一部分在表压增加下挠曲至在表压增加期间该平面的位置以外的一点，且其中该隆脊部分与该凹入部分之间的边界相对于由该隆脊部分与该主平面的其余部分之间的该边界所界定的该平面保持凹入，直至表压达到至少4kg/cm2。
6.如权利要求1所述的电池组外壳，其特征在于，该外壳由如下材料建构：该材料将使在表压增加之前该平面的位置与表压自一增加的位准恢复之后该平面的位置实质上相同。
7.如权利要求6所述的电池组外壳，其特征在于，该外壳由至少一种选自由铝、镍、铜、钢、镀镍铁及不锈钢组成的群的材料构成。
8.如权利要求7所述的电池组外壳，其特征在于，该电池组外壳为棱柱形电池组外壳。
9.如权利要求8所述的电池组外壳，其特征在于，该棱柱形电池组外壳为长椭圆形棱柱形电池组电池外壳。
10.如权利要求9所述的电池组外壳，其特征在于，该棱柱形电池组外壳具有183665组态。
11.如权利要求9所述的电池组外壳，其特征在于，外壳由铝建构，且其中该铝经阳极化。
12.如权利要求11所述的电池组外壳，其特征在于，该凹入部分占该主表面的75％至80％，该主表面为该电池外壳的呈平面的部分。
13.如权利要求12所述的电池组外壳，其特征在于，该凹入部分的最凹点在0kg/cm2表压下相对于由该隆脊部分与该主表面的该其余部分之间的该边界所界定的该平面凹入0.3mm至0.5mm的范围内。
14.如权利要求13所述的电池组外壳，其特征在于，该凹入部分的表面积在1200mm2至1400mm2的范围内。
15.一种电池组，其特征在于，其包含：
a)与该电池组的第一电极电连通的第一端子；
b)与该电池组的第二电极电连通的第二端子；及
c)具有彼此电连通的电池外壳及盖板的电池组罐，该电池组罐与该第一端子电绝缘，其中该电池外壳在该外壳的主表面上具有一凹入部分，该凹入部分实质上呈平面且在该凹入部分的一或二侧上的隆脊部分处毗接该主表面的其余部分，藉此该凹入部分、该隆脊部分及该主表面的该其余部分在表压增加下协同作用以使得由该隆脊部分与该主表面的该其余部分之间的边界所界定的平面移动，且其中该凹入部分的至少一部分在表压增加下挠曲至在表压增加之前该平面的位置以外的一点，且其中该隆脊部分与该凹入部分之间的边界相对于由该隆脊部分与该主平面的其余部分之间的该边界所界定的该平面保持凹入，直至表压达到至少2kg/cm2，藉此该外壳使该凹入部分在表压自一增加的位准恢复之后，相对于由该隆脊部分与该主表面的该其余部分之间的边界所界定的该平面实质上恢复至其初始形状及位置。
16.如权利要求15所述的电池组，其特征在于，该第一电极为包括活性阴极材料的阴极，该活性阴极材料包含一包括以下的混合物：
a)钴酸锂；及
b)由以下经验式表示的锰酸盐尖晶石：
Li(1+x1)(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1
其中：
x1及x2各独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3；
y1及y2各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3；
z1等于或大于3.9且等于或小于4.2；
且A'为由镁、铝、钴、镍及铬组成的群中的至少一个成员，
其中该钴酸锂与该锰酸盐尖晶石的钴酸锂:锰酸盐尖晶石重量比介于0.95:0.05与0.6:0.4之间。
17.如权利要求15所述的电池组，其特征在于，其包含一包括活性阴极材料的阴极，该活性阴极材料包括一钴酸锂。
18.如权利要求17所述的电池组，其特征在于，该钴酸锂由经验式Li1+x8CoOz8表示，其中x8等于或大于0且等于或小于0.2，且z8等于或大于1.9且等于或大于2.1。
19.如权利要求18所述的电池组，其特征在于，该活性阴极材料包含一包括以下的混合物：
a)Li1+x8CoOz8；及
b)Li(1+x1)Mn2Oz1其中：
x1等于或大于0.01且等于或小于0.3；且
z1等于或大于3.9且等于或小于4.2，
其中LiCoO2与Li(1+x1)Mn2Oz1的钴酸锂:锰酸盐尖晶石重量比介于0.95:0.05与0.6:0.4之间。
20.如权利要求15所述的电池组，其特征在于，该第一电极为包括活性阴极材料的阴极，该活性阴极材料包括至少一种选自由以下组成的群的氧化锂：
a)钴酸锂；
b)镍酸锂；
c)由以下经验式表示的锰酸盐尖晶石：
Li(1+x1)(Mn1-y1A'y2)2-x2Oz1
其中：
x1及x2各独立地等于或大于0.01且等于或小于0.3；
y1及y2各独立地等于或大于0.0且等于或小于0.3；
z1等于或大于3.9且等于或小于4.2；
且A'为由镁、铝、钴、镍及铬组成的群中的至少一个成员；
d)由以下经验式表示的锰酸盐尖晶石：
Li(1+x1)Mn2Oz1
其中：
x1等于或大于0.01且等于或小于0.3；且
z1等于或大于3.9且等于或小于4.2；及
e)由以下经验式表示的橄榄石化合物：
Li(1-x10)A"x10MPO4
其中：
x10等于或大于0.05且等于或小于0.2，或x10等于或大于0.0且等于或小于0.1；且
M为由铁、锰、钴及镁组成的群中的至少一个成员；且
A"为由钠、镁、钙、钾、镍及铌组成的群中的至少一个成员。
21.如权利要求15所述的电池组，其特征在于，其进一步包括：
a)焊接于该电池外壳上的盖板，其中该电池组罐的至少一部分为该第二端子的至少一个组件，或电连接至该第二端子，当内部表压等于或大于20kg/cm2时，该焊接的盖板脱离；及
b)至少一个与该第一电极及该第二电极中的任一者电连通的电流中断器件，该电流中断器件包括：
i)包括锥台的第一导电板，该锥台包括第一末端及直径小于该第一末端的直径的第二末端，及密封该锥台的该第二末端的呈平面的顶盖，其中基座处于该电池组罐近端且该呈平面的顶盖处于该电池组罐远端；及
ii)与该第一导电板且与该第一电极及该第二电极中的任一者电连通的第二导电板，
其中当该第一板与该第二板之间的表压在4kg/cm2至9kg/cm2的范围内时，连接该第一板与第二板的焊接点断裂；及
c)至少一个处于该电池外壳上的排气构件，当内部表压在10kg/cm2至20kg/cm2的范围内时，该电池组内部的气态物质经由该至少一个排气构件排出。
22.如权利要求21所述的电池组，其特征在于，该电池外壳为棱柱形电池外壳。
23.如权利要求22所述的电池组，其特征在于，该电池外壳具有183665组态。
24.如权利要求1所述的电池组外壳，其特征在于，该凹入部分占该主表面的78％至85％，该主表面为该电池外壳的呈平面的部分。
25.如权利要求15所述的电池组，其特征在于，该凹入部分占该主表面的78％至85％，该主表面为该电池外壳的呈平面的部分。
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