CN103081176A - 电化学电池单元的集流端子 - Google Patents

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Abstract

公开了一种具有作为安全装置的集流端子的电化学单元式电池。该电池包括串联或并联连接的多个电化学电池单元；每一电化学电池单元具有将正集流器连接在一起的集流端子和将负集流器连接在一起的集流端子；该集流端子均具有将两个相邻的电化学电池单元电连接在一起的折叠延伸臂。该集流端子利用策略性放置的PTC材料层，由此，如果电化学电池单元的温度上升到PTC材料层的转变温度以上时，通过PTC材料层阻止电流在电化学电池单元之间流动。

Description

电化学电池单元的集流端子
交叉引用
本申请要求2010年7月22日提交的美国临时专利申请No.61/366,628的优先权，其整体通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及电化学单元式电池（electrochemical cells batteries），并且更具体地，涉及具有作为安全装置的集流端子的电化学单元式电池。
背景技术
汽车工业数十年来一直寻求使可行的且安全的电动车商业化。这样的车辆的重要部件是其电池。电池不仅必须提供所需的能量水平、合理的自主性以及持久性，还必须包括或配备有防止过充电、过放电、内部和外部短路和过热的安全装置。
电池的安全装置通常具有电子监视系统的形式，该电子监视系统监视电池的电压、电流和温度并且当检测到问题时关闭该电池。在正常环境下这些电子系统运行良好，但是在组成电池的电化学电池单元系列内出现内部短路的情况下不能够阻止对该电池的损害。内部短路，虽然很少，但可导致电池的温度升高到使该电池永久损害的危险水平并且还可能对接近经历内部短路的电池的各种部件造成损害。
美国专利No.6,099,986提供了通过在电化学电池单元的每一连接和电池极之间设置保险丝来解决这样的潜在内部短路问题的一种解决方法。这种保险丝系统将经历内部短路的特定电化学电池单元所产生的过量电流从其他电池单元切断，因而将内部短路所引起的损害限制在特定的电化学电池单元。然而，该系统是复杂且笨重的，需要多个焊接来将每一保险丝和每一电化学电池单元连接，并且需要另外的空间来容纳多个保险丝。
因此，需要与现有技术相比较不复杂和较不笨重并且适于阻止对经历内部短路的电池的损害的安全装置。
发明内容
本发明的一个目的是至少改善现有技术中存在的一些不方便处。
在一个方面中，本发明提供了包括串联或并联连接的多个电化学电池单元的电池；每一电化学电池单元包括一系列基本迭片；每一个基本迭片包括负电极、正电极、在负电极和正电极之间放置的电解质、从基本迭片的一侧延伸的正集流器和从基本迭片的相反侧延伸的负集流器；每一电化学电池单元具有将正集流器连接在一起的集流端子和将负集流器连接在一起的集流端子；集流端子每个均具有用于将两个相邻的电化学电池单元电连接在一起的折叠延伸臂，集流端子中的至少一个具有PTC材料层，该PTC材料层用于断开和闭合两个相邻的电化学电池单元之间的电连接。
本发明实施例中的每一个具有上述方面中的至少一个，但是不必要包含上述的所有方面。应该理解，试图达到上述目的所得到的本发明的一些方面可能不满足这些目标和/或可能满足这里未具体陈述的其他目的。
本发明实施例的另外和/或替代的特征、方面和优点将根据以下的说明、附图和所附的权利要求书而变得明显。
附图说明
为了更好地理解本发明和本发明的其他方面和其他特征，可参考结合附图使用的以下说明，在附图中：
图1是形成与集流端子串联连接的电池的电化学电池单元堆的一部分的示意性透视图。
图2是图1中示出的电化学电池单元堆的一部分的示意性前面正视图。
图3是根据本发明一个实施例的经由集流端子连接在一起的图1中示出的两个电化学电池单元的一部分的示意性前面正视图。
图4是根据本发明另一个实施例的经由集流端子连接在一起的图1中示出的两个电化学电池单元的一部分的示意性前面正视图。
图5是根据本发明另一个实施例的经由集流端子连接在一起的图1中示出的两个电化学电池单元的一部分的示意性前面正视图。
图6是根据本发明另一个实施例的经由集流端子连接在一起的图1中示出的两个电化学电池单元的一部分的示意性前面正视图。
图7是根据本发明另一个实施例的经由集流端子连接在一起的图1中示出的两个电化学电池单元的一部分的示意性前面正视图。
图8是根据本发明另一实施例的经由集流端子连接在一起的图1中示出的两个电化学电池单元的一部分的示意性前面正视图。
图9是根据本发明另一实施例的经由集流端子连接在一起的图1中示出的两个电化学电池单元的一部分的示意性前面正视图。
图10是根据本发明另一实施例的经由集流端子连接在一起的图1中示出的两个电化学电池单元的一部分的示意性前面正视图。
图11是根据本发明另一实施例的经由集流端子连接在一起的图1中示出的两个电化学电池单元的一部分的示意性前面正视图。
图12是根据本发明另一实施例的经由集流端子连接在一起的图1中示出的两个电化学电池单元的一部分的示意性前面正视图。
具体实施方式
参考图1，其示出了形成电池的电化学电池单元20堆的示例。每一电化学电池单元20包括一系列基本迭片，每一个基本迭片包括片状（sheet-like）负电极、片状正电极和在负和正电极之间放置的电解质膜。另外，片状集流器支持正电极，该正电极通常是具有片形式的糊状材料。在本示例中，负电极是锂或锂合金的金属片或箔，其可作为阳离子源和作为集流器。然而，负电极还可包括不同于活性负电极材料的集流器片。例如，负电极可以是包括集流器片的组合物，该集流器片优选地由铜、聚合物、导电填充物和插层材料（intercalation material）制成。
本领域技术人员已知的阳极插层材料可被用于负电极，并且尤其，可从由碳、活性碳、石墨、石油焦、锂合金、镍粉、钛酸锂等组成的组中选择。
关于正电极片，后者通常包含聚合物、锂盐和电化学活性材料的复合物。适当的电化学活性材料的示例包括：LixVyOz;LiCOO2;LixMnyOz;LiNiO2;LiFePO4;VxOy;MnyOz;Fe(PO4)3以及LixTiyOz。在优选的实施例中，阴极24优选地包含LiFePO4。
关于电解质膜，该电解质膜优选地为固态并且由混合了锂盐的聚合物制成，电解质膜将负和正电极在物理上分开并且作为离子传输膜。
集流器片提供在电极的活性材料和电池端子（未示出）之间传导电子流的主要功能，集流器片通常由铜、镍或铝的片构成。在优选的实施例中，正电极的集流器包括覆盖有薄保护层的铝片或箔。保护层防止集流器片在与正电极材料相接触时劣化。
电化学电池单元20的每一迭片设计成，使得正电极的集流器片在电化学电池单元20的一侧上延伸，而作为负电极的集流器的锂金属箔在电化学电池单元20的相反侧上延伸。如图1所示，类似于通过引用并入本文的美国专利No.7,541,112中所述的，电化学电池单元20的所有正电极的集流器的延伸部通过集流端子22装配和压接在一起，以将电化学电池单元20的所有正电极的所有集流器电连接在一起。电化学电池单元20的所有负电极的锂金属箔的延伸部类似地通过集流端子23装配和挤压在一起，以将电化学电池单元20的所有负电极的锂金属箔的所有延伸部电连接在一起。
如图1所示，集流端子22和23在电化学电池单元20的整个长度上延伸，并且分别将正电极的集流器的大表面区域和负电极的锂箔的延伸部电连接，以使得集流端子22和23的电连接可以适应于大电流。
参考以正面图示出了图1中所示的电化学电池单元20堆的前面部分的图2，通过集流端子22和23，电化学电池单元20以串联方式电连接在一起，其中，负集流端子23连接到正集流端子22，因此，通过串联连接每一附加的电化学电池单元20，而增加了电化学电池单元20堆的电压。
集流端子22和23的特点在于，当电化学电池单元20堆被装配和电连接在一起时通常被焊接在一起的折叠延伸臂26，如深黑迹线28所示。如图1中所示，折叠延伸臂沿其整个长度被焊接在一起。折叠延伸臂26弯曲成，使得当以串联或并联方式电连接电化学电池单元20堆时，两个相邻的集流端子22和23的折叠臂26被并排放置并且焊接在一起以保证良好的电接触。两个相邻的集流端子22和23的折叠延伸臂26在其整个长度上焊接，因此，在相邻的集流端子22和23之间提供了大的接触表面区域，以容纳高的电流负载。
如图2所示，堆的各个电化学电池单元20被诸如聚丙烯等塑料材料30的绝缘膜分隔，以防止各个电化学电池单元20之间的直接接触和潜在短路。
当具有多个电化学电池单元20的电池中的两个或更多个电化学电池单元20之间发生内部短路时，电池的温度，特别是经历内部短路的电化学电池单元20的温度，将快速升高到不安全的水平。如果电池的一个或更多个电化学电池单元处于过充电或过放电状态下，则也可能发生电化学电池单元的温度快速升高。为了阻止可损坏电池的温度快速升高以及潜在热失控，在集流端子22和23之间的连接层上使用正温度系数(PositiveTemperature Coefficient,PTC)材料。诸如聚合物复合物（聚合物和碳）和钛酸钡基化合物等PTC材料具有当其到达指定的预定温度时剧烈地增加其电阻以使得其在指定温度以下时导通电流并且在指定温度以上时很好地阻止电子通过的能力。一旦电池单元20的温度达到指定温度，则在电化学电池单元20的连接层处策略性地放置的PTC材料将切断或断开两个或更多个电化学电池单元20之间出现的短路，从而阻止热失控。PTC材料具有电阻变化完全可逆的优点，使得当电化学电池单元的温度下降到PTC材料的转变温度以下时，PTC材料返回到其导电状态，因而闭合该电路。
对于具有锂或锂合金箔作为负电极的电化学电池单元，优选的PTC材料是由HDPE和碳构成的聚合物复合物。这种PTC材料的转变温度是约125℃，该温度远低于锂的熔化温度（约180℃），因而避免潜在的锂或锂合金箔熔化的问题，即允许电化学电池单元的温度到达接近锂熔化温度的温度。
图3示出了在两个电化学电池单元20之间的连接层处放置的PTC材料的第一实施示例。夹在两个导电金属箔42和43之间的PTC材料层40被放置在相邻的集流端子22和23的折叠延伸臂26之间。如图所示，导电金属箔42和43延伸超过夹在它们之间的PTC材料层，使得金属箔42可以在连接区域52处单独连接到集流端子22的折叠延伸臂26，并且金属箔43可以在连接区域53处单独连接到集流端子23的折叠延伸臂26。可通过焊接、机械压接或使用导电胶来使金属箔42和43与其相应的折叠臂26连接。在这种特别装配的情形下，PTC材料层40是集流端子22和23之间的电连接的组成部分。如果发生短路或过充电或过放电情况从而导致电化学电池单元20的温度快速升高时，则PTC材料层40将最终到达其转变温度，在转变温度处其电阻快速增加，以有效地变为不导通，因而断开电路并且阻止温度的进一步升高和与高温相关联的潜在损害。如果导致温度升高的情形消失，则电化学电池单元20的温度将降低，并且当温度下降到PTC材料的转变温度之下时，PTC材料层40将返回到其导电状态，因而闭合电路。
图4示出了在两个电化学电池单元20之间的连接层处放置的PTC材料的第二实施示例。在这个示例中，PTC材料层40直接分布在相邻的集流端子22和23两者的折叠延伸臂26的表面上，并且使用导电胶连接。PTC材料层40是集流端子22和23之间的电连接的组成部分，并且当发生短路或过充电或过放电情况从而导致电化学电池单元20的温度快速升高时，PTC材料层40将最终到达其转变温度，在其转变温度处PTC材料层的阻抗剧烈增加以有效地变为不导通，因而断开电路，并且阻止温度进一步升高和与高温相关联的潜在损害。如果导致温度升高的情形撤消，则电化学电池单元20的温度将降低，并且当温度下降到PTC材料的转变温度之下时，PTC材料层40将返回其导电状态，因而闭合该电路。
图5示出了两个电化学电池单元20之间的连接层处放置的PTC材料的另一实施示例。在这个示例中，夹在两个导电金属箔42和43之间的PTC材料层40放置在相邻的集流端子22和23的折叠延伸臂26之间。金属箔42通过导电胶或优选地使用由Sn60%和Pb40%组成的焊剂的焊接而在连接区域54处连接到集流端子22的折叠延伸臂26，并且金属箔43通过导电胶或优选地使用由Sn60%和Pb40%组成的焊剂的焊接而在连接区域55处连接到集流端子23的折叠延伸臂26。PTC材料层40是集流端子22和23之间的电连接的组成部分，并且如果发生短路或过充电或过放电情况，从而导致电化学电池单元20的温度快速升高，则PTC材料层40将最终到达其转变温度，在其转变温度处PTC材料层的阻抗将剧烈增加以有效地变为不导通，因而断开电路，并且阻止温度的进一步升高和与高温度相关联的潜在损害。如果导致温度升高的情形撤消，则电化学电池单元20的温度将降低，并且当温度下降到PTC材料的转变温度之下时，PTC材料层40将返回到其导电状态，因而闭合电路。
图6示出了在两个电化学电池单元20之间的连接层处放置的PTC材料的另一实施示例。在这个示例中，集流端子22被改变，并且特点在于缩短的折叠延伸臂36。PTC材料层40分布在缩短的折叠延伸臂36的表面上，并且导电金属箔45放置在PTC材料层40上，并且延伸超过PTC材料层40。因此，PTC材料层40被夹在导电金属箔45和缩短的折叠延伸臂36之间。导电金属箔45与集流端子23的折叠延伸臂26相邻，并且导电金属箔45的延伸部在连接区域56处被焊接到集流端子23的折叠延伸臂26，以电连接这两个电化学电池单元20。PTC材料层40是集流端子22和23之间的电连接的组成部分，并且如果发生短路或过充电或过放电情况从而导致电化学电池单元20的温度快速升高，则PTC材料层40将最终到达其转变温度，在其转变温度处，PTC材料层的阻抗将剧烈增加以有效地变为不导通，因而断开电路，并且阻止温度的进一步升高和与高温度相关联的潜在损害。如果导致温度升高的情形撤消，则电化学电池单元20的温度将降低，并且当温度下降到PTC材料的转变温度之下时，PTC材料层40将返回其导电状态，因而闭合电路。
图7示出了图6的实施示例的变型，其中，集流端子22的特点在于缩短的折叠延伸臂36，该缩短的折叠延伸臂36具有分布在其表面上并且被第一金属箔46夹着的PTC材料层40。从电化学电池单元20向外延伸的第二金属箔47通过导电胶或优选地使用由Sn60%和Pb40%组成的焊剂的焊接而连接到第一金属箔46，并且与集流端子23的折叠延伸臂26相邻放置，并且第二金属箔47的延伸部在连接区域57处被焊接到集流端子23的折叠延伸臂26，以电连接这两个电化学电池单元20。PTC材料层40是集流端子22和23之间的电连接的组成部分，并且如果发生短路或过充电或过放电情况从而导致电化学电池单元20的温度快速升高，则PTC材料层40将最终到达其转变温度，在其转变温度处，PTC层的阻抗剧烈增加以有效地变为不导通，因而断开电路并且阻止温度的进一步升高和与高温度相关联的潜在损害。如果导致温度升高的情形撤消，则电化学电池单元20的温度将降低，并且当温度下降到PTC材料的转变温度之下时，PTC材料层40将返回其导电状态，因而闭合该电路。
图8示出了图6的实施示例的另一变型，其中，集流端子22的特点在于缩短的折叠延伸臂36，并且夹在两个导电金属箔48和49之间的PTC材料层40的组件通过导电胶或优选地使用由Sn60%和Pb40%组成的焊剂的焊接而连接到该缩短的折叠延伸臂36。从电化学电池单元20向外延伸的附加金属箔61通过导电胶或优选地使用由Sn60%和Pb40%组成的焊剂的焊接而连接到导电金属箔49，并且与集流端子23的折叠延伸臂26相邻放置。附加金属箔61的延伸部在连接区域58处被焊接到集流端子23的折叠延伸臂26，以电连接这两个电化学电池单元20。PTC材料层40是集流端子22和23之间的电连接的组成部分，并且如果发生短路或过充电或过放电情况从而导致电化学电池单元20的温度快速升高，则PTC材料层40将最终到达其转变温度，在其转变温度处，PTC材料层的阻抗剧烈增加以有效地变为不导通，因而断开电路并且阻止温度的进一步升高和与高温度相关联的潜在损害。如果导致温度升高的情形撤消，则电化学电池单元20的温度将下降，并且当温度下降到PTC材料的转变温度之下时，PTC材料层40将返回到其导电状态，因而闭合该电路。
图9示出了图3的实施示例的变型，其中，夹在两个导电金属箔62和63之间的PTC材料层40的组件最初通过导电胶或优选地使用Sn60%和Pb40%组成的焊剂进行焊接而连接到从电化学电池单元20向外延伸的附加金属箔64和65对。附加金属箔64和65的延伸部在连接区域59和60处被焊接到集流端子22和23的折叠延伸臂26，以电连接这两个电化学电池单元20。PTC材料层40是集流端子22和23之间的电连接的组成部分，并且如果发生短路或过充电或过放电情况从而导致电化学电池单元20的温度快速升高，则PTC材料层40将最终到达其转变温度，在其转变温度处，PTC材料层的阻抗剧烈增加以有效地变为不导通，因而断开电路并且阻止温度的进一步升高和与高温度相关联的潜在损害。如果导致温度升高的情形撤消，则电化学电池单元20的温度将降低，并且当温度下降到PTC材料的转变温度之下时，PTC材料层40将返回到其导电状态，因而闭合该电路。
图10示出了在两个电化学电池单元20之间的连接层处放置的PTC材料的另一实施示例。在这个示例中，PTC材料层70放置在集流端子23的压接部分内。PTC材料层70被夹在集流端子23的内表面和导电金属箔72之间。如以上参考图1和图2所描述的，电化学电池单元20的所有负电极的锂金属箔的延伸部通过集流端子23装配并且压接在一起，以将电化学电池单元20的所有负电极的锂金属箔的所有延伸部电连接在一起。在这个特殊示例中，所有负电极的锂金属箔的延伸部类似地通过集流端子23装配并且压接在一起，但是PTC材料层70和导电金属箔72被插入到负电极的锂金属箔的延伸部和集流端子23之间，使得PTC材料层70是集流端子22和23之间的电连接的组成部分，并且如果PTC材料层70达到其转变温度，则阻止电流流动。如图所示，集流端子22和23通过在连接区域80处焊接其各自的折叠延伸臂26而连接在一起。如果发生短路或过充电或过放电情况，从而导致电化学电池单元20的温度快速升高时，则PTC材料层将最终达到其转变温度，在其转变温度处，PTC材料层的阻抗剧烈增加以有效地变为不导通，因而断开电路并且阻止温度的进一步升高和与高温度相关联的潜在损害。如果导致温度升高的情形撤消，则电化学电池单元20的温度将降低，并且当温度下降到转变温度之下时，PTC材料层70将返回其导电状态，因而闭合该电路。
图11示出了图10的实施示例的变型，其中PTC材料层70被放置在集流端子23的压接部分内部，但是没有附加的金属箔72夹着PTC材料层70。在这个特殊的示例中，在PTC材料层70与负电极的锂金属箔的延伸部直接接触的情形下，经由集流端子23将所有负电极的锂金属箔的延伸部装配和压接在一起。PTC材料层70还插入在负电极的锂金属箔的延伸部和集流端子23之间，使得PTC材料层70是集流端子22和23之间的电连接的组成部分，并且如果PTC材料层70达到其转变温度，则阻止电流流动。如图所示，集流端子22和23通过在连接区域81处焊接其各自的折叠延伸臂26而连接在一起。如果发生短路或过充电或过放电情况从而导致电化学电池单元20的温度快速升高，则PTC材料层将最终到达其转变温度，在其转变温度处，PTC材料层的阻抗剧烈增加以有效地变为不导通，因而断开电路并且阻止温度的进一步升高和与高温度相关联的潜在损害。如果导致温度升高的情形撤消，则电化学电池单元20的温度将下降，并且当温度下降到PTC材料的转变温度之下时，PTC材料层70将返回其导电状态，因而闭合该电路。
参考图11和图12，所有负电极的锂金属箔的延伸部还可以被首先装配，其后将包括PTC材料层70的集流端子23压接在负电极的锂金属箔的先前装配的延伸部上。
图12示出了在两个电化学电池单元20之间的连接层处放置的PTC材料的另一实施示例。在这个示例中，PTC材料层74被放置在集流端子22的压接部分内部。电化学电池单元20的所有正电极的集流器的延伸部被装配和焊接在一起，其后在PTC材料层74直接与正电极的集流器的延伸部接触的情形下，将集流端子22压接在正电极的集流器的先前焊接的延伸部上。因此，PTC材料层74插入在正电极的集流器的延伸部和集流端子22之间，使得PTC材料层74是集流端子22和23之间的电连接的组成部分，并且如果PTC材料层74达到其转变温度，则阻止电流流动。如图所示，集流端子22和23通过在连接区域82处焊接其各自的折叠延伸臂26而连接在一起。如果发生短路或过充电或过放电情况从而导致电化学电池单元20的温度快速升高，则PTC材料层74将最终到达其转变温度，在其转变温度处，PTC材料层74的阻抗剧烈增加以有效地变为不导通，因而断开电路并且阻止温度的进一步增高和与高温度相关联的潜在损害。如果导致温度升高的情形撤消，则电化学电池单元20的温度将下降，并且当温度下降到PTC材料的转变温度之下时，PTC材料层74将返回其导电状态，因而闭合该电路。
显然，可组合先前描述的两种或更多种示例。并且先前描述的示例特定于迭片的棱柱形装配以形成电化学电池单元20，然而，可利用集流端子22和23来连接平轧迭片组件，以形成平的电化学电池单元。
对本发明上述实施例的修改和改进对本领域的技术人员而言是明显的。以上描述意在说明而不是限制。因此本发明的范围将仅由所附的权利要求书的范围来限制。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电池，该电池包括串联连接或并联连接的多个电化学电池单元；每一电化学电池单元包括一系列基本迭片，每一基本迭片包括负电极、正电极、在所述负电极和所述正电极之间放置的电解质、从所述基本迭片的一侧延伸的正集流器和从所述基本迭片的相反侧延伸的负集流器；每一电化学电池单元具有将所述正集流器连接在一起的集流端子和将所述负集流器连接在一起的集流端子；所述集流端子每个均具有将两个相邻的电化学电池单元电连接在一起的折叠延伸臂，所述集流端子中的至少一个具有用于在预定温度断开和闭合两个相邻的电化学电池单元之间的电连接的正温度系数（PTC）材料层。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述PTC材料层放置在两个相邻的电化学电池单元的折叠延伸臂之间。
3.根据权利要求1所述的电池，其中，所述PTC材料层放置在从所述基本迭片的一侧延伸的集流器和所述集流端子之间。
4.根据权利要求1所述的电池，其中，所述PTC材料层被夹在两个导电金属箔之间并且所述导电金属箔连接到两个相邻的电化学电池单元的集流端子的折叠延伸臂。
5.根据权利要求4所述的电池，其中，所述两个导电金属箔通过导电胶连接到所述集流端子的折叠延伸臂。

Claims (12)

1.一种电池，该电池包括串联连接或并联连接的多个电化学电池单元；每一电化学电池单元包括一系列基本迭片，每一基本迭片包括负电极、正电极、在所述负电机和所述正电极之间放置的电解质、从所述基本迭片的一侧延伸的正集流器和从所述基本迭片的相反侧延伸的负集流器；每一电化学电池单元具有将所述正集流器连接在一起的集流端子和将所述负集流器连接在一起的集流端子；所述集流端子每个均具有将两个相邻的电化学电池单元电连接在一起的折叠延伸臂，所述集流端子中的至少一个具有用于在预定温度断开和闭合两个相邻的电化学电池单元之间的电连接的PTC材料层。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，所述PTC材料层放置在两个相邻的电化学电池单元的折叠延伸臂之间。
3.根据权利要求1所述的电池，其中，所述PTC材料层放置在从所述基本迭片的一侧延伸的集流器和所述集流端子之间。
4.根据权利要求1所述的电池，其中，所述PTC材料层被夹在两个导电金属箔之间并且所述导电金属箔连接到两个相邻的电化学电池单元的集流端子的折叠延伸臂。
5.根据权利要求4所述的电池，其中，所述两个导电金属箔通过导电胶连接到所述集流端子的折叠延伸臂。
6.根据权利要求4所述的电池，其中，所述两个导电金属箔通过使用由Sn60%和Pb40%组成的焊剂进行焊接来连接到所述集流端子的折叠延伸臂。
7.根据权利要求1所述的电池，其中，所述PTC材料层夹在一个导电金属箔和一个集流端子的折叠延伸臂之间，所述导电金属箔连接到相邻的电化学电池单元的集流端子。
8.根据权利要求7所述的电池，其中，所述导电金属箔通过导电胶连接到所述集流端子的折叠延伸臂。
9.根据权利要求7所述的电池，其中，所述导电金属箔通过使用由Sn60%和Pb40%组成的焊剂进行焊接来连接到所述集流端子的折叠延伸臂。
10.根据权利要求1所述的电池，其中，PTC材料层是聚合物碳复合物。
11.根据权利要求1所述的电池，其中，所述PTC材料层是钛酸钡基化合物。
12.根据权利要求1所述的电池，其中，所述预定温度是125℃。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104733679A (zh) * 2013-12-18 2015-06-24 现代自动车株式会社 用于车辆的高压电池
CN107403951A (zh) * 2016-05-21 2017-11-28 博格华纳路德维希堡有限公司 锂离子电池
CN116031466A (zh) * 2023-03-30 2023-04-28 深圳市誉辰智能装备股份有限公司 圆柱电池的制造方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6268812B2 (ja) * 2013-08-23 2018-01-31 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子及び集電体
US9627722B1 (en) 2013-09-16 2017-04-18 American Lithium Energy Corporation Positive temperature coefficient film, positive temperature coefficient electrode, positive temperature coefficient separator, and battery comprising the same
JP2017517094A (ja) 2014-04-10 2017-06-22 イリノイ トゥール ワークス インコーポレイティド 電気車両電池用ヒーター
US10020487B2 (en) 2014-11-25 2018-07-10 American Lithium Energy Corporation Rechargeable battery with voltage activated current interrupter
WO2016086184A1 (en) 2014-11-25 2016-06-02 American Lithium Energy Corporation Rechargable battery with internal current limiter and interrupter
US10396341B2 (en) 2014-11-25 2019-08-27 American Lithium Energy Corporation Rechargeable battery with internal current limiter and interrupter
US10020545B2 (en) 2014-11-25 2018-07-10 American Lithium Energy Corporation Rechargeable battery with resistive layer for enhanced safety
DE102014018638A1 (de) * 2014-12-13 2016-06-16 Audi Ag Elektrische Energiespeicherzelle, elektrischer Energiespeicher und Kraftfahrzeug
KR20180118607A (ko) * 2015-12-11 2018-10-31 블루 솔루션즈 캐나다 인크. 배터리 보호 디바이스
WO2018204379A1 (en) 2017-05-01 2018-11-08 American Lithium Energy Corporation Negative thermal expansion current interrupter
WO2019023683A1 (en) 2017-07-28 2019-01-31 American Lithium Energy Corporation ANTI-CORROSION COATING FOR BATTERY CURRENT COLLECTOR
JP2019102310A (ja) * 2017-12-05 2019-06-24 株式会社日立製作所 二次電池
KR102417105B1 (ko) * 2018-06-20 2022-07-04 주식회사 엘지에너지솔루션 개선된 전극 탭과 집전체 연결 구조를 갖는 전극 조립체 및 그 제조 방법
KR102601624B1 (ko) * 2018-06-20 2023-11-10 주식회사 엘지에너지솔루션 개선된 전극 탭들 사이의 연결 구조를 갖는 전극 조립체
DE102021122009A1 (de) 2021-08-25 2023-03-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriezelle

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10188942A (ja) * 1996-12-19 1998-07-21 Yuasa Corp 集合電池
US6099986A (en) * 1997-07-25 2000-08-08 3M Innovative Properties Company In-situ short circuit protection system and method for high-energy electrochemical cells
JP2003197178A (ja) * 2001-12-25 2003-07-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 二次電池
JP2003308887A (ja) * 2002-04-12 2003-10-31 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池
CN1161847C (zh) * 1997-09-18 2004-08-11 泰科电子雷伊化学株式会社 电池组与电池组中内装的ptc器件
US20040257036A1 (en) * 2003-06-19 2004-12-23 Samsung Sdi Co. Ltd Secondary battery
US20050266302A1 (en) * 2004-05-31 2005-12-01 Kim Jun H Secondary battery
EP1753053A1 (en) * 2005-07-26 2007-02-14 Samsung SDI Co., Ltd. Rechargeable battery
US7541112B2 (en) * 2002-04-30 2009-06-02 Bathium Canada Inc. Electrochemical bundle and method for making same
JP2010073847A (ja) * 2008-09-18 2010-04-02 Sony Corp Ｐｔｃサーミスタ素子及びその製造方法、並びに２次電池セル及びその製造方法
EP2164121B1 (en) * 2008-09-03 2013-07-31 Samsung SDI Co., Ltd. Protection circuit board, secondary battery and battery pack

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07220755A (ja) * 1994-02-07 1995-08-18 Tdk Corp 積層型リチウム二次電池
EP0851517B1 (en) 1996-12-26 2001-03-21 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Electrode having PTC characteristics and battery using the same
US6235426B1 (en) 1998-09-21 2001-05-22 Sanyo Electric Co., Ltd. Nonaqueous electrolyte secondary cell wit PTC current collector tabs
JP2001325943A (ja) * 2000-05-16 2001-11-22 Toshiba Battery Co Ltd 扁平電池
JP4119159B2 (ja) 2002-04-25 2008-07-16 タイコ エレクトロニクス レイケム株式会社 温度保護素子
US8999566B2 (en) * 2003-05-22 2015-04-07 Samsung Sdi Co., Ltd. Pouch-type lithium secondary battery and fabrication method thereof
EP1716606B1 (en) * 2004-01-30 2011-04-20 LG Chem, Ltd. Battery having specific package structure
JP4495994B2 (ja) * 2004-03-29 2010-07-07 株式会社東芝 非水電解質二次電池
US7618724B2 (en) * 2004-04-13 2009-11-17 Lg Chem, Ltd. Electrochemical device comprising electrode lead having protection device
KR100561308B1 (ko) * 2004-05-31 2006-03-15 삼성에스디아이 주식회사 이차전지
US7544311B2 (en) 2005-04-06 2009-06-09 Fuzetec Technology Co., Ltd. Positive temperature coefficient polymer composition and circuit protection device made therefrom
EP1777762A3 (en) 2005-10-21 2007-12-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Alkaline battery
US20070134551A1 (en) * 2005-12-14 2007-06-14 Avestor Limited Partnership Electrochemical battery and method for making same
KR101048225B1 (ko) * 2006-02-23 2011-07-08 에스케이이노베이션 주식회사 고출력 전지용 단락 안전 장치
US7417527B2 (en) 2006-03-28 2008-08-26 Tdk Corporation PTC element
JP2008243708A (ja) 2007-03-28 2008-10-09 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池および非水電解質二次電池の製造方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10188942A (ja) * 1996-12-19 1998-07-21 Yuasa Corp 集合電池
US6099986A (en) * 1997-07-25 2000-08-08 3M Innovative Properties Company In-situ short circuit protection system and method for high-energy electrochemical cells
CN1161847C (zh) * 1997-09-18 2004-08-11 泰科电子雷伊化学株式会社 电池组与电池组中内装的ptc器件
JP2003197178A (ja) * 2001-12-25 2003-07-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 二次電池
JP2003308887A (ja) * 2002-04-12 2003-10-31 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解質二次電池
US7541112B2 (en) * 2002-04-30 2009-06-02 Bathium Canada Inc. Electrochemical bundle and method for making same
US20040257036A1 (en) * 2003-06-19 2004-12-23 Samsung Sdi Co. Ltd Secondary battery
US20050266302A1 (en) * 2004-05-31 2005-12-01 Kim Jun H Secondary battery
EP1753053A1 (en) * 2005-07-26 2007-02-14 Samsung SDI Co., Ltd. Rechargeable battery
EP2164121B1 (en) * 2008-09-03 2013-07-31 Samsung SDI Co., Ltd. Protection circuit board, secondary battery and battery pack
JP2010073847A (ja) * 2008-09-18 2010-04-02 Sony Corp Ｐｔｃサーミスタ素子及びその製造方法、並びに２次電池セル及びその製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104733679A (zh) * 2013-12-18 2015-06-24 现代自动车株式会社 用于车辆的高压电池
CN104733679B (zh) * 2013-12-18 2019-06-28 现代自动车株式会社 用于车辆的高压电池
CN107403951A (zh) * 2016-05-21 2017-11-28 博格华纳路德维希堡有限公司 锂离子电池
CN116031466A (zh) * 2023-03-30 2023-04-28 深圳市誉辰智能装备股份有限公司 圆柱电池的制造方法

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US20120189881A1 (en) 2012-07-26

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Inventor after: Roy Yvan

Inventor after: Carignan Claude

Inventor after: Vallee Alain

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Inventor before: Bacon Bruno

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