CN103165852A - 电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电池，例如，一种二次电池，所述电池包括壳体、壳体中的电极组件、与电极组件电连接的集流体、结合到集流体的端子以及电结合到电极组件和集流体的第一短路引发构件。所述第一短路引发构件设置在电极组件和壳体之间，并且第一短路引发构件包括第一熔断器部件。

Description

电池
本申请要求在2011年12月9日提交的名称为“Rechargeable SecondaryBattery”(可充电二次电池)的第61/568,880号美国临时申请的优先权，通过引用将该申请的全部内容包含于此。
背景技术
电池，例如锂离子二次电池，已经用在诸如笔记本计算机或蜂窝电话的小尺寸电子设备中。此外，由于锂离子二次电池具有高输出、高容量以及重量轻的特性，所以它已经开始用在混合动力车辆和电动车辆中。用于车辆的电池，例如锂离子二次电池，应该满足在高应力条件下的安全性和可靠性需求。
发明内容
可通过提供一种电池来实现实施例，所述电池包括壳体、在壳体中的电极组件、与电极组件电连接的集流体、结合到集流体的端子以及电结合到电极组件和集流体的第一短路引发构件。第一短路引发构件设置在电极组件和壳体之间，并且第一短路引发构件包括第一熔断器部件。
集流体可包括第二熔断器部件，其具有与第一熔断器部件的电阻不同的电阻。第一短路引发构件可通过第一熔断器部件结合到集流体。端子可从壳体内部向壳体外部延伸。集流体可包括第二熔断器部件，并且第一熔断器部件可比第二熔断器部件更接近端子。
第一熔断器部件具有第一电阻值，第二熔断器部件具有第二电阻值，并且第一电阻值可比第二电阻值高。第一熔断器部件具有第一截面积，第二熔断器部件具有第二截面积，并且第一截面积可比第二截面积小。
第一短路引发构件可包括与电极组件的非涂覆区叠置的第一平面区域。第一熔断器部件可从第一平面区域向集流体延伸。第二平面区域可与电极组件的除了非涂覆区之外的区域叠置。弯曲区域可从第一平面区域和第二平面区域弯曲。
第一平面区域可附着到非涂覆区，第二平面区域可附着到电极组件的除了非涂覆区之外的区域。第一熔断器部件的宽度可比第一平面区域的宽度小。
第一熔断器部件可包括从第一短路引发构件的第一平面区域延伸的第一部分以及从第一部分弯曲并且附着到集流体的第二部分。第一熔断器部件的第一部分和第二部分以及第一短路引发构件的第一平面区域、第二平面区域和弯曲区域可由相同的材料制成，并可整体地形成为一个连续的片。第一熔断器部件的第一部分可包括至少一个孔或者切口槽。
电池可包括第二短路引发构件和绝缘板。第二短路引发构件可与第一短路引发构件叠置，并且绝缘板可设置于第一短路引发构件和第二短路引发构件之间。第一短路引发构件可设置于绝缘板和电极组件之间。
电池可包括第二短路引发构件，第二短路引发构件包括附着到电极组件第二非涂覆区的第一平面区域、附着到电极组件的除了第二非涂覆区之外的区域的第三平面区域以及在第一平面区域和第三平面区域之间延伸的第二平面区域。
第一短路引发构件可以是多个第一短路引发构件中的一个。所述多个第一短路引发构件中的每一个可与电极组件的不同的侧部邻近地设置。电极组件可以是多个电极组件中的一个，第一短路引发构件可以是多个第一短路引发构件中的一个。
集流体可包括第一区域、第二区域和第三区域。第一区域可结合到电极组件的非涂覆区。第三区域可电连接到端子。第二区域可在第一区域和第三区域之间延伸。第一熔断器部件可连接到第二区域或第三区域。
集流体可包括第二熔断器部件，第二熔断器部件位于集流体的第二区域或者第三区域中。第二熔断器部件可位于第二区域中，第一熔断器部件可与第三区域邻近。
可通过提供一种二次电池来实现实施例，所述二次电池包括电极组件、容纳电极组件的壳体、电连接到电极组件并且通过壳体暴露于外部的第一端子和第二端子、设置于电极组件与壳体之间并分别电连接到第一端子和第二端子的第一短路引发构件和第二短路引发构件，并且第一短路引发构件通过熔断器连接到第一端子。
附图说明
通过参照附图对示例性实施例详细描述，特征对于本领域普通技术人员将变得明显，在附图中：
图1A、图1B和图1C分别示出了根据示例性实施例的二次电池的透视图、竖直剖视图和水平剖视图；
图2A和图2B分别示出了图1C的区域2a和区域2b的放大图；
图3A和图3B示出了透视图，其示出了根据示例性实施例的二次电池的电极组件、集流体、端子以及短路引发构件之间的关系；
图4A和图4B示出了短路引发构件的熔断器的示例性实施例的局部放大透视图；
图5A、图5B、图5C和图5D示出了根据示例性实施例的二次电池的操作的示意图；
图6A示出了根据示例性实施例的二次电池的水平剖视图；
图6B示出了透视图，其示出了根据示例性实施例的二次电池的电极组件、集流构件、端子以及短路引发构件之间的关系；
图7A和图7B示出了透视图，其示出了根据示例性实施例的二次电池的电极组件、集流构件、端子以及短路引发构件之间的关系；以及
图8A、图8B和图8C示出了透视图，其示出了根据示例性实施例的二次电池的电极组件、集流构件、端子以及短路引发构件之间的关系。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中更充分地描述示例性实施例；然而，它们可以以不同的形式实现，而不应被解释为局限于这里所阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是全面的和完整的，并且这些实施例将把本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
在附图中，为了清楚地示出，可夸大层和区域的尺寸。还应理解的是，当元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者还可存在中间元件。另外，应理解的是，当元件被称作“在”另一元件“下方”时，该元件可以直接在所述另一元件下方，还可存在一个或多个中间元件。此外，还应理解的是，当元件被称作“在”两个元件“之间”时，该元件可以是所述两个元件之间的唯一元件，或者还可存在一个或多个中间元件。相同的附图标记始终表示相同的元件。此外，应当理解的是，当元件被称作“电连接到”另一部件时，该元件可以直接连接到所述另一部件，或者还可存在中间元件。
图1A至图1C分别示出了根据示例性实施例的二次电池的透视图、竖直剖视图和水平剖视图。
如图1A至图1C中所示，根据示例性实施例的二次电池100可包括电极组件110、壳体120、第一端子/集流体构件130、第二端子/集流体构件140、盖板150以及短路引发构件160。这里，在一些实施例中，壳体120可以指罐，并可包括盖板150。
电极组件110可包括第一电极板111、第二电极板112和分隔件113。电极组件110可以是基本上的卷绕的果冻卷(jelly roll)型或者堆叠型。
第一电极板111可以是正极板，第二电极板112可以是负极板。选择性地，第一电极板111可以是负极板，第二电极板112可以是正极板。第一电极板111可包括第一金属箔111a和至少一个第一活性材料111b，例如，如图2A和图2B中所示。分隔件113可以在第一电极板111的两个背对的表面上。当第一电极板111是正极板时，第一金属箔111a可包括例如铝，第一活性材料111b可包括例如基于锂的氧化物。
第二电极板112可包括第二金属箔112a和第二活性材料112b，例如，如图2A和图2B中所示。分隔件113可以在第二电极板112的两个背对的表面上。当第二电极板112是负极板时，第二金属箔112a可包括例如铜，第二活性材料112b可包括例如石墨。然而，用于形成第一电极板111和第二电极板112的材料的实施例不限于此。
分隔件113可位于一个第一电极板111和相邻的第二电极板112之间。分隔件113可由例如多孔聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)及其等同物中的至少一种形成。然而，实施例不限于此。实际中，分隔件113可位于第一电极板111的两个背对的表面上和/或第二电极板112的两个背对的表面上。分隔件113可位于电极组件110的最外面的部分上，例如，以覆盖电极组件110最外面的表面。分隔件可降低电极组件110的预定区域与壳体120、盖板150和短路引发构件160短路的可能性和/或防止电极组件110的预定区域与壳体120、盖板150和短路引发构件160短路。
第一电极板111可包括其上未涂覆正极活性材料111b的第一非涂覆区111c。如图2A中所示，第一非涂覆区111c可通过分隔件113的一侧突出到外部，例如，分隔件113可不与第一非涂覆区111c叠置。第二电极板112可包括其上未涂覆负极活性材料112b的第二非涂覆区112c。如图2B中所示，第二非涂覆区112c可通过分隔件113的另一侧突出到外部，例如，分隔件113可不与第二非涂覆区112c叠置。例如，第一非涂覆区111c和第二非涂覆区112c可相对于分隔件113朝相反的方向突出。
例如，如图1A中所示，壳体120可具有宽表面(例如，两个宽的侧表面121a和121b)、窄表面(例如，两个窄的侧表面122a和122b)和底表面123。壳体120具有敞开的顶部部分。敞开的顶部部分可被盖板150覆盖。电极组件110和电解质可容纳在壳体120中。电极组件110的第一非涂覆区111c和第二非涂覆区112c可分别面向两个窄的侧表面122a和122b。壳体120可由例如铝、铝合金、铜、铜合金、铁、铁合金、SUS及其等同物中的至少一种形成。然而，实施例不限于此。
第一端子/集流体构件130和第二端子/集流体构件140可分别电连接到电极组件110的第一电极板111和第二电极板112。例如，第一端子/集流体构件130可焊接到第一电极板111，第二端子/集流体构件140可焊接到第二电极板112。第一端子/集流体构件130可焊接到第一电极板111的第一非涂覆区111c。第二端子/集流体构件140可焊接到第二电极板112的第二非涂覆区112c。
第一端子/集流体构件130可包括第一区域131、第二区域132、第三区域133、熔断器部件133a和第四区域134。第一区域131、第二区域132和第三区域133可形成第一端子/集流体构件130的集流体区域。熔断器部件133a可形成在集流体区域中，使得熔断器部件133a可形成在第一区域131、第二区域132和第三区域133中的一个区域中。熔断器部件133a可以是在第一端子/集流体构件130的集流体区域中形成的熔断器。第四区域134可形成第一端子/集流体构件130的端子区域。
第一区域131可被插入到电极组件110的第一电极板111的内侧，例如，如图1B中所示。例如，第一区域131可在第一非涂覆区111c中焊接到电极组件110的内部。熔断器部件133a可形成在第二区域132或第三区域133中。
第二端子/集流体构件140可包括第一区域141、第二区域142、第三区域143和第四区域144。第一区域141、第二区域142和第三区域143可形成第二端子/集流体构件140的集流体区域。第四区域144可形成第二端子/集流体构件140的端子区域。
第一区域141可被插入到电极组件110的第二电极板112的内侧，例如，如图1B中所示。例如，第一区域141可在第二非涂覆区112c中插入到电极组件110的内部。
第一端子/集流体构件130的第四区域134和第二端子/集流体构件140的第四区域144可穿过盖板150，然后暴露于壳体120的外部或突出到壳体120的外部。因此，第四区域134和144可包括二次电池100的端子。二次电池100的端子可与盖板150邻近并可从壳体120的内部延伸到外部。
参照图1B，第一固定构件135和第二固定构件145可分别结合到第一端子/集流体构件130的第四区域134和第二端子/集流体构件140的第四区域144。第一固定构件135和第二固定构件145可分别围绕第一端子/集流体构件130和第二端子/集流体构件140，并且可位于盖板150中的通孔上，其中，第一端子/集流体构件130和第二端子/集流体构件140穿过所述通孔延伸。第一端子/集流体构件130和第二端子/集流体构件140可分别通过第一固定构件135和第二固定构件145牢固地固定到盖板150。
第一固定构件135的预定区域可直接电连接到盖板150。例如，第一固定构件135可以是高电阻构件。在一个示例性实施例中，例如，第一固定构件135可由诸如不锈钢和/或其等同物的合金形成。通常地，不锈钢具有比铝或者铝合金更高的电阻值。换言之，第一固定构件135可具有比壳体120和盖板150更高的电阻。
盖板150可覆盖壳体120，并且第一端子/集流体构件130和第二端子/集流体构件140可暴露于壳体120的外部和/或突出到壳体120的外部。壳体120和盖板150之间的边界可以例如通过激光束焊接。第一端子/集流体构件130的第四区域134和第二端子/集流体构件140的第四区域144可穿过盖板150。绝缘构件151a和绝缘构件151b可分别形成在第一端子/集流体构件130和第二端子/集流体构件140的穿过盖板150中的通孔延伸的部分的外周边缘上。因此，第一端子/集流体构件130的第四区域134和第二端子/集流体构件140的第四区域144可分别与盖板150电绝缘。然而，如上面描述的，因为第一固定构件135可以是直接连接到盖板150的高电阻构件，所以盖板150和壳体120都可具有极性(例如，正极性)。
电解质塞152可与盖板150结合，例如，可设置在盖板150中的另一个通孔中。相对薄的安全阀(safety vent)153也可形成在盖板150中。盖板150和壳体120可由基本相同的材料形成。
短路引发构件160可位于电极组件110和壳体120之间。例如，短路引发构件160可位于电极组件110与壳体120的宽的侧表面121a和121b中的至少一个之间。
短路引发构件160可包括第一短路引发构件161、第二短路引发构件163、以及位于第一短路引发构件161和第二短路引发构件163之间的绝缘板164。短路引发构件160的高度可小于电极组件110的高度，例如，短路引发构件160可与电极组件110的中央部分成叠置关系，并且可与电极组件110的横向端部成非叠置关系。
第一短路引发构件161可通过熔断器部件162电连接到第一端子/集流体构件130的第二区域132或者第三区域133。熔断器部件162可在其中包括熔断器。例如，第一短路引发构件161可包括熔断器部件162，熔断器部件162可焊接到第一端子/集流体构件130的第二区域132或者第三区域133。第一短路引发构件161可电连接到第一电极板111的第一非涂覆区111c。例如，第一短路引发构件161可焊接到电极组件110，例如，可焊接到第一非涂覆区111c。第一短路引发构件161和壳体120可具有相同的极性。第二短路引发构件163可电连接到第二电极板112的第二非涂覆区112c。例如，第二短路引发构件163可焊接到电极组件110，例如，可焊接到第二非涂覆区112c。第二短路引发构件163可具有与第一短路引发构件161相比相反的极性。
绝缘板164可用于降低第一短路引发构件161和第二短路引发构件163之间的电短路的可能性和/或防止第一短路引发构件161和第二短路引发构件163之间的电短路，例如，直到短路引发构件160开始工作为止。另外，绝缘板165可位于短路引发构件160和壳体120之间，例如，如图5A到图5D所示。绝缘板165可用于降低第二短路引发构件163和壳体120之间的电短路的可能性和/或防止第二短路引发构件163和壳体120之间的电短路，例如，直到短路引发构件160开始工作为止。
在二次电池(例如，根据示例性实施例的二次电池100)的诸如钉穿刺的高应力条件的情况下，绝缘板164和165会破损或者损坏，以使得短路引发构件160的第一短路引发构件161和第二短路引发构件163工作。例如，第一短路引发构件161和第二短路引发构件163可电短路，例如，直接电短路。根据示例性实施例，当第一短路引发构件161和第二短路引发构件163具有比电极组件110的电阻更小的电阻时，在短路的情况下，可产生很少的热，并且大量的电流可被快速消耗。因此，在二次电池100钉穿刺时，很少出现发热(例如，过度的温度上升)，因此改善了二次电池100的穿刺安全性和可靠性。
另外，在二次电池100钉穿刺时，短路电流路径可通过第一短路引发构件161中形成的熔断器部件162改变多次。例如，熔断器部件133a和162中的熔断器可熔化并切断，以分散和消耗电极组件110的能量，稍后将更加详细地对此进行描述。例如，电极组件110的焦耳热可被分散和消耗，由此更有效地防止二次电池100出现过度的温度上升和起火和/或降低二次电池100出现过度的温度上升和起火的可能性。
另外，因为短路引发构件160可以以相对厚的板的形式位于电极组件110和壳体120之间，所以短路引发构件160可用于支持电极组件110，同时防止壳体120膨胀。
参照图1B，附图标记171表示第一端子/集流体构件130的第一区域131、电极组件110的第一非涂覆区111c以及第一短路引发构件161的焊接区域。附图标记181表示第二端子/集流体构件140的第一区域141、电极组件110的第二非涂覆区112c以及第二短路引发构件163的焊接区域。在图1B中，焊接区域基本上是矩形；然而，实施例不限于此。
图2A和图2B分别示出了图1C的区域2a和区域2b的放大图。
如图2A中所示，电极组件110可包括第一电极板111，第一电极板111具有第一金属箔111a(例如，铝箔或者铝网)、第一活性材料111b(例如，基于锂的氧化物)以及其上未涂覆第一活性材料的第一非涂覆区111c。另外，电极组件110可包括第二电极板112，第二电极板112具有第二金属箔112a(例如，铜箔)、第二活性材料112b(例如，石墨)以及其上未涂覆第二活性材料的第二非涂覆区112c。
分隔件113可由聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)中的至少一种制成，并且可设置在第一电极板111的上方或下方。分隔件113(例如，由聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)中的至少一种制成的部分)可设置在第二电极板112的上方或下方。第一非涂覆区111c和第二非涂覆区112c可通过分隔件113的背对的侧部延伸到外部。
为改善焊接效率，第一非涂覆区111c可紧密地附着到或者焊接到第一端子/集流体构件130的第一区域131。例如，第一短路引发构件161可焊接到第一非涂覆区111c。第二非涂覆区112c可通过分隔件113的另一侧延伸到外部。为改善焊接效率，第二非涂覆区112c可紧密地附着到或者焊接到第二端子/集流体构件140的第一区域141。如上所述，第二短路引发构件163可焊接到第二非涂覆区112c。
图3A和图3B示出了透视图，其示出了根据示例性实施例的二次电池的电极组件、集流体、端子以及短路引发构件之间的关系。
如图3A和图3B中所示，短路引发构件160可包括通过熔断器部件162电连接到第一端子/集流体构件130的第二区域132或第三区域133的第一短路引发构件161、电连接到第二电极板112的第二非涂覆区112c的第二短路引发构件163以及设置在第一短路引发构件161和第二短路引发构件163之间的绝缘板164。
这里，第一短路引发构件161可通过熔断器部件162直接连接到第一端子/集流体构件130的第三区域133。在示例性实施例中，熔断器部件162可焊接到第一端子/集流体构件130的第三区域133。另外，第一短路引发构件161可电连接到第一电极板111的第一非涂覆区111c。
第一短路引发构件161可包括焊接到第一非涂覆区111c的平面第一区域(或者附着部分)161a、从第一区域161a延伸并弯曲的第二区域(或者弯曲部分)161b以及从第二区域161b延伸并覆盖电极组件110的前面的宽的侧表面114的平面第三区域161c。平面第一区域161a和弯曲第二区域161b的水平宽度可基本上等于第一非涂覆区111c的水平宽度。平面第三区域161c的面积，例如水平宽度和高度，可基本上等于电极组件110的前面的宽的侧表面114的面积。此外，尽管示出的实施例显示了第一短路引发构件161包括相对于彼此弯曲的第一区域161a、第二区域161b和第三区域161c，但是实施例不限于此。例如，第一短路引发构件161可简单地成形为为平面的板。也就是说，实施例不限制第一短路引发构件161的形状。
如上所述，平面第一区域161a可紧密地附着(例如焊接)到第一非涂覆区111c，从而随后电连接到第一非涂覆区111c。弯曲第二区域161b可连接第一区域161a和第三区域161c，并且可以相对于第一区域161a和第三区域161c以预定的角度弯曲。第一区域161a可通过第二区域161b紧密地附着到第三区域161c，第三区域161c可紧密地附着到电极组件110的前面的宽的侧表面114。例如，为了改善焊接效率，第一非涂覆区111c可紧密地附着到第一端子/集流体构件130的第一区域131并且可与第一端子/集流体构件130的第一区域131压在一起。因此，可在第一非涂覆区111c中形成弯曲部分111d(例如，阶差)，并且第二区域161b可紧密地附着到弯曲部分111d。
如上所述，平面第一区域161a可紧密地附着到第一非涂覆区111c，平面第三区域161c可紧密地附着到电极组件110的前面的宽的侧表面114。在实际中，第三区域161c可首先紧密地附着到分隔件113。
第一短路引发构件161可由例如铝、铝合金、铜以及铜合金中的至少一种形成。然而，实施例不限于此。根据示例性实施例，如果第一非涂覆区111c由铝形成，则第一短路引发构件161也可由铝形成。根据经验，第一短路引发构件161可具有在大约50μm到400μm范围内的厚度。不意图被这个理论束缚，在上述的数值范围中，当由于例如穿刺而发生电短路时，可减少二次电池温度的升高。
熔断器部件162可电连接到第一短路引发构件161和第一端子/集流体构件130。熔断器部件162可包括从第一短路引发构件161向上延伸预定长度的第一区域162a。第一区域162a可延伸到电极组件110最上方的表面。熔断器部件162可包括从第一区域162a弯曲的第二区域162b。第二区域162b可在电极组件110上方水平延伸，并且可附着(例如焊接)到第一端子/集流体构件130的第二区域132或者第三区域133。
当过量的短路电流流过时，熔断器部件162应当熔化并切断。熔断器部件162的面积或者宽度应当小于第一短路引发构件161的面积或者宽度，例如，可沿与宽的侧表面121a和121b平行的方向测量宽度。熔断器部件162应当被焊接成比熔断器部件133a更接近第四区域134，熔断器部件133a可形成在第一端子/集流体构件130的第二区域132或者第三区域133中。这是为了通过使得第一短路引发构件161的熔断器部件162早于第一端子/集流体构件130的熔断器部件133a工作，从而以多种方式改变短路电流路径的目的。另外，为了使得熔断器部件162早于熔断器部件133a工作，熔断器部件162的电阻值可被制造成高于熔断器部件133a的电阻值。例如，熔断器部件162的截面积可被制造成小于熔断器部件133a的截面积。此处，术语“截面积”用于表示电流流出所通过的面积。
以下将再次描述熔断器的工作和短路电流的变化。因为熔断器部件162被形成为使其从第一短路引发构件161延伸，所以它可由与第一短路引发构件161相同的材料制成。例如，熔断器部件162和平面第一区域161a可被形成为单个连续的片。
第二短路引发构件163包括焊接到第二非涂覆区112c的平面第一区域(或者附着部分)163a、从第一区域163a延伸并弯曲的第二区域(或者弯曲部分)163b以及从第二区域163b延伸并紧密地附着到壳体120的宽的侧表面121a的平面第三区域163c。平面第一区域163a和弯曲第二区域163b的水平宽度可基本上等于第二非涂覆区112c的水平宽度。平面第三区域163c的面积可基本上等于电极组件110的前面的宽的侧表面114的面积。第一区域163a可直接焊接到第二非涂覆区112c，从而随后电连接到第二非涂覆区112c。第二区域163b可连接第一区域163a和第三区域163c，并且可以相对于第一区域163a和第三区域163c以预定的角度弯曲。此外，尽管示出的实施例显示出第二短路引发构件163包括相对于彼此弯曲的第一区域163a、第二区域163b和第三区域163c，但是实施例不限于此。例如，第二短路引发构件163可简单地成形为为平面的板。也就是说，实施例不限制第二短路引发构件163的形状。
第一区域163a可通过第二区域163b紧密地附着到第三区域163c。第三区域163c可紧密地附着到壳体120的宽的侧表面121a，例如，通过绝缘板165。为了改善焊接效率，第二非涂覆区112c可紧密地附着到第一区域141并且与第一区域141压在一起。因此，弯曲部分112d可形成在第二非涂覆区112c中，并且第二区域163b可紧密地附着到弯曲部分112d。
如上所述，第一区域163a可紧密地附着到第二非涂覆区112c，并且第三区域163c可紧密地附着到壳体120的宽的侧表面121a。第二短路引发构件163可由例如铜、铜合金、铝以及铝合金中的至少一种形成。然而，实施例不限于此。根据示例性实施例，如果第二非涂覆区112c由铜形成，则第二短路引发构件163可由铜形成。根据经验，第二短路引发构件163可具有在大约50μm到400μm范围内的厚度。不意图被这个理论束缚，在上述的数值范围中，当由于穿刺而发生电短路时，可减少二次电池温度的升高。
绝缘板164可设置在第一短路引发构件161和第二短路引发构件163之间。绝缘板164可使得第一短路引发构件161和第二短路引发构件163彼此电绝缘，直到短路引发构件160开始工作为止，例如，在钉穿刺的情况下。根据示例性实施例，绝缘板164可由与分隔件基本相同的材料制成。也就是说，分隔件164可由聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)中的至少一种制成。然而，实施例不限于此。
图4A和图4B示出了短路引发构件的熔断器的选择性示例的局部放大透视图。
熔断器部件162可电连接到(例如，通过直接附着到)第一端子/集流体构件130和第一短路引发构件161。熔断器部件162可包括第一区域162a和第二区域162b。第一区域162a和第二区域162b中的一个可包括形成在其中的孔162c或者切口槽162c′。熔断器部件162的工作时间可通过孔162c或者切口槽162c′的尺寸精确地调节。例如，熔断器部件162的截面积和电阻值可通过调节孔162c或者切口槽162c′的尺寸来调节。
图5A到图5D示出了根据示例性实施例的二次电池的操作的示意图。
参照图5A，当钉190从二次电池100的外部穿过壳体120并且穿过第二短路引发构件163时，短路电流会通过第一路径流动。第一路径可由电极组件110、第一端子/集流体构件130的熔断器部件133a、第一固定构件(例如，高电阻构件)135、壳体120、钉190以及第二短路引发构件163组成。这里，因为第一固定构件135具有比壳体120和盖板150更高的电阻，所以第一端子/集流体构件130中设置的熔断器部件133a不熔化切断，而是仅消耗电极组件110的能量。例如，由于高电阻构件，所以第一端子/集流体构件130的熔断器部件133a可不容易损坏，而电极组件110的能量被消耗。如果这样的状态持续预定的时间或者更长，则第一端子/集流体构件130中设置的熔断器部件133a将熔化并切断。
参照图5B和图5C，当钉190穿过壳体120时，短路电流会通过第一路径和第二路径流动，第二路径由电极组件110、第一端子/集流体构件130的熔断器部件133a、第一短路引发构件161的熔断器部件162、钉190以及第二短路引发构件163组成。也就是说，短路电流具有两条路径。这里，因为第一短路引发构件161的熔断器部件162的电阻大于第一端子/集流体构件130的熔断器部件133a的电阻，所以第一短路引发构件161的熔断器部件162可熔化并且切断。例如，因为第一短路引发构件161的熔断器部件162的电阻大于第一端子/集流体构件130的熔断器部件133a的电阻，所以第一短路引发构件161的熔断器部件162可首先熔化并且切断。此外，在上述过程进行的同时，电极组件110的能量可被持续地消耗。
参照图5D，如果第一短路引发构件161的熔断器部件162被切断，则电流可仅通过第一路径流动。尽管在第一路径中提供高电阻构件(即第一固定构件135)，但是电流可沿第一路径持续流动预定的时间或者更长，并且第一端子/集流体构件130的熔断器部件133a可熔化并且切断。上述过程进行的同时，电极组件110的能量可被持续地消耗。因此，在根据示例性实施例的二次电池中，在钉穿刺时，短路电流路径可以以多种方式改变，并且多个熔断器(例如熔断器部件133a和162的熔断器)可熔化并切断，以使得电极组件110的能量被分散和消耗。因此，二次电池的温度不会过度上升，并且二次电池不会起火。
另外，如上面所述的，与第二短路引发构件163相似，当第一短路引发构件161电连接到电极组件110时，短路电流可通过由电极组件110、第一短路引发构件161、钉190以及第二短路引发构件163组成的第三路径流动。在上述过程进行的同时，电极组件110的能量可被完全消耗。
如上所述，在根据示例性实施例的二次电池100钉穿刺时，短路电流路径可以以多种方式改变，并且熔断器部件133a和162中的多个熔断器可熔化并且切断，以使得电极组件110的能量可被分散和消耗。因此，可降低二次电池100发生温度过度上升和起火的可能性和/或防止二次电池100发生温度过度上升和起火。
图6A示出了根据示例性实施例的二次电池200的水平剖视图。图6B示出了透视图，其示出了根据示例性实施例的二次电池200的电极组件、集流构件、端子以及短路引发构件之间的关系。二次电池200中的元件可与二次电池100中的元件相似，因此在这里省略了相似元件的重复描述。
如图6A和图6B中所示，二次电池200可包括两个短路引发构件260和260′。也就是说，短路引发构件260可位于电极组件110的前面的宽的侧表面114上，另一个短路引发构件260′可位于电极组件110的未定义的相反的后面的宽的侧表面上。短路引发构件260可包括具有熔断器262的第一短路引发构件261、第二短路引发构件263和绝缘板264，短路引发构件260′可包括具有熔断器262′的第一短路引发构件261′、第二短路引发构件263′和绝缘板264′。
第一短路引发构件261和261′可通过熔断器262和262′电连接到第一端子/集流体构件130。各熔断器262和262′可焊接到第一端子/集流体构件130。第一短路引发构件261和261′可电连接到第一非涂覆区111c。第二短路引发构件263和263′可电连接到第二非涂覆区112c。
这里，因为熔断器262和262′的功能和构造与上面描述的熔断器基本相同，因此将省略重复的说明。尽管示出的实施例显示出短路引发构件261和261′分别由平面第一区域261a和261a′、弯曲第二区域261b和261b′以及平面第三区域261c和261c′组成，并且还显示出短路引发构件263和263′分别由平面第一区域263a和263a′、弯曲第二区域263b和263b′以及平面第三区域263c和263c′组成，但短路引发构件261和261′以及263和263′可简单地成形为基本上为平面的板。也就是说，实施例不限于图6A和图6B中示出的短路引发构件260和260′的形状。
如上所述，在根据示例性实施例的二次电池200中，因为短路引发构件260和260′位于电极组件110和壳体120的前面的宽的侧表面121a之间，以及电极组件110和壳体120的后面的宽的侧表面121b之间，因此二次电池200的穿刺安全性可进一步改善。在示例性实施例中，即使不仅从二次电池200的前侧而且从二次电池200的后侧进行钉穿刺，也可显示出穿刺特性的相同的效果。
另外，因为短路引发构件260和260′分别位于电极组件110的前侧和后侧，所以可以更加有效地抑制二次电池200的膨胀。
图7A和图7B示出了透视图，其示出了根据示例性实施例的二次电池的电极组件、集流构件、端子以及短路引发构件之间的关系。
如图7A中所示，根据另一个示例性实施例的二次电池包括至少两个电极组件310。第一端子/集流体构件130和第二端子/集流体构件140可电连接到至少两个电极组件310。例如，第一端子/集流体构件130可具有第一区域131、第二区域132、第三区域133以及第四区域134。第一端子/集流体构件130可电连接到在至少两个电极组件310的每个中形成的第一非涂覆区111c。第二端子/集流体构件140可具有与第一端子/集流体构件130相同的构造。第二端子/集流体构件140可电连接到在至少两个电极组件310的每个中形成的第二非涂覆区112c。
短路引发构件160可位于至少两个电极组件310中的一个的前面的宽的侧表面114上。短路引发构件160可包括具有熔断器部件162的第一短路引发构件161、第二短路引发构件163以及绝缘板164。第一短路引发构件161可通过熔断器部件162电连接到第一端子/集流体构件130。例如，熔断器部件162可焊接到第一端子/集流体构件130。短路引发构件160可设置于至少两个电极组件310中的一个的前面的宽的侧表面114和壳体120(未示出)之间。
如上所述，图7A中示出的示例性实施例提供了具有大容量和改善的穿刺安全性的二次电池。另外，图7A中示出的示例性实施例提供了能够抑制膨胀的二次电池。
如图7B中所示，根据另一个示例性实施例的二次电池包括至少两个电极组件310。第一端子/集流体构件130和第二端子/集流体构件140可电连接到至少两个电极组件310。
另外，短路引发构件260可位于至少两个电极组件310中的一个的前面的宽的侧表面114上，并且短路引发构件260′可位于至少两个电极组件310中的另一个的后面的宽的侧表面上。短路引发构件260可包括具有熔断器262的第一短路引发构件261、第二短路引发构件263以及绝缘板264。第二个短路引发构件260′可包括具有熔断器262′的第一短路引发构件261′、第二短路引发构件263′以及绝缘板264′。第一短路引发构件261和261′可分别通过熔断器262和262′直接电连接到第一端子/集流体构件130。
如上所述，在根据另一个示例性实施例的二次电池中，短路引发构件260可位于电极组件310和壳体120(未示出)的前面的宽的侧表面之间，并且短路引发构件260′可位于电极组件310和壳体120的后面的宽的侧表面之间。因此，能够提供具有进一步改善的穿刺安全性的二次电池。还可以提供膨胀被进一步有效抑制的二次电池。
图8A、图8B和图8C示出了透视图，其示出了根据示例性实施例的二次电池的电极组件、集流构件、端子以及短路引发构件之间的关系。
参照图8A，二次电池可具有与参照图3B论述的构造相似的构造。因此，省略了对相似的元件的描述。如图8A中所示，短路引发构件360可包括具有熔断器部件362的第一短路引发构件161。除了熔断器部件362可包括附着(例如焊接)到第一端子/集流体构件130的第二区域132的部分之外，熔断器部件362可与熔断器部件162相似。例如，熔断器部件362可包括从第一短路引发构件161的平面第一区域161a延伸的第一区域362a以及从第一区域362a弯曲的第二区域362b。第二区域362b可接触第一端子/集流体构件130的第二区域132。
参照图8B，二次电池可具有与参照图3B论述的构造相似的构造。因此，省略了对相似的元件的描述。如图8B中所示，第一端子/集流体构件230可包括熔断器部件233a，除了熔断器部件233a形成在第一端子/集流体构件230的第二区域132中之外，熔断器部件233a与熔断器部件133a相似。
参照图8C，二次电池可包括熔断器部件362，熔断器部件362包括从第一短路引发构件161的平面第一区域161a延伸的第一区域362a和从第一区域362a弯曲的第二区域362b。第二区域362b可接触第一端子/集流体构件130的第二区域132。二次电池100还可包括第一端子/集流体构件130，第一端子/集流体构件130具有形成在第一端子/集流体构件130的第二区域132中的熔断器部件233a。
通过总结和回顾的方式，可对二次电池执行多种安全性测试。例如，测试包括穿刺测试、挤压测试和过充电测试。穿刺测试是对发生事故(例如，车辆事故)的情况下二次电池遭受的损坏进行预期而执行的十分重要的安全性测试。具体地，在诸如钉穿刺的严苛条件下的二次电池测试中，需要防止二次电池在二次电池穿刺之后经受过度的温度上升或者起火。
实施例(例如，上面论述的示例性实施例)涉及一种即使在异常情况下(例如，当从二次电池外部施加的力导致破损时)也能够确保安全的二次电池。例如，在从外部进行钉穿刺的情况下，实施例涉及多次改变短路电流路径。多个熔断器可熔化或切断来分散和消耗电极组件的能量，从而可降低和/或防止过度的温度上升和/或起火的可能性。也就是说，电极组件的焦耳热被分散和消耗，从而防止了二次电池经受过度的温度上升和起火。因此，可改善二次电池的安全性和可靠性。
在此已经公开了示例实施例，虽然采用了具体术语，但是这些术语仅是以一般的和描述性的意思来使用和解释，而不是出于限制的目的。在一些情况下，对于本领域普通技术人员来讲将明显的是，从提交本申请之时起，除非另外特别指出，否则结合具体实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用或与结合其他实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解，在不脱离如权利要求书中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节方面做出各种改变。

Claims (20)

1.一种电池，所述电池包括：
壳体；
电极组件，在壳体中；
集流体，与电极组件电连接；
端子，结合到集流体；以及
第一短路引发构件，电结合到电极组件和集流体，第一短路引发构件设置在电极组件和壳体之间，并且第一短路引发构件包括第一熔断器部件。
2.根据权利要求1所述的电池，其中，集流体包括第二熔断器部件，第二熔断器部件具有与第一熔断器部件的电阻不同的电阻。
3.根据权利要求1所述的电池，其中，第一短路引发构件通过第一熔断器部件结合到集流体。
4.根据权利要求3所述的电池，其中：
端子从壳体的内部向壳体的外部延伸，以及
集流体包括第二熔断器部件，第一熔断器部件比第二熔断器部件更接近端子。
5.根据权利要求4所述的电池，其中，第一熔断器部件具有第一电阻值，第二熔断器部件具有第二电阻值，第一电阻值比第二电阻值高。
6.根据权利要求4所述的电池，其中，第一熔断器部件具有第一截面积，第二熔断器部件具有第二截面积，第一截面积比第二截面积小。
7.根据权利要求1所述的电池，其中，第一短路引发构件包括：
第一平面区域，与电极组件的非涂覆区叠置，第一熔断器部件从第一平面区域向集流体延伸；
第二平面区域，与电极组件的除了非涂覆区之外的区域叠置；以及
弯曲区域，从第一平面区域和第二平面区域弯曲。
8.根据权利要求7所述的电池，其中，第一平面区域附着到非涂覆区，第二平面区域附着到电极组件的除了非涂覆区之外的区域。
9.根据权利要求7所述的电池，其中，第一熔断器部件的宽度比第一平面区域的宽度小。
10.根据权利要求7所述的电池，其中，第一熔断器部件包括：
第一部分，从第一短路引发构件的第一平面区域延伸；以及
第二部分，从第一部分弯曲并且附着到集流体。
11.根据权利要求10所述的电池，其中，第一熔断器部件的第一部分和第二部分以及第一短路引发构件的第一平面区域、第二平面区域和弯曲区域由相同的材料制成，并且整体地形成为一个连续的片。
12.根据权利要求10所述的电池，其中，第一熔断器部件的第一部分包括至少一个孔或切口槽。
13.根据权利要求1所述的电池，所述电池还包括第二短路引发构件和绝缘板，第二短路引发构件与第一短路引发构件叠置，并且绝缘板设置在第一短路引发构件和第二短路引发构件之间。
14.根据权利要求13所述的电池，其中，第一短路引发构件设置在绝缘板和电极组件之间。
15.根据权利要求1所述的电池，所述电池还包括第二短路引发构件，第二短路引发构件包括附着到电极组件的第二非涂覆区的第一平面区域、附着到电极组件的除了第二非涂覆区之外的区域的第三平面区域以及在第一平面区域和第三平面区域之间延伸的第二平面区域。
16.根据权利要求1所述的电池，其中，所述第一短路引发构件是多个第一短路引发构件中的一个，所述多个第一短路引发构件中的每个被设置为邻近电极组件的不同的侧部。
17.根据权利要求1所述的电池，其中，所述电极组件是多个电极组件中的一个，所述第一短路引发构件是多个第一短路引发构件中的一个。
18.根据权利要求1所述的电池，其中：
集流体包括第一区域、第二区域和第三区域，
第一区域结合到电极组件的非涂覆区，
第三区域电连接到端子，
第二区域在第一区域和第三区域之间延伸，以及
第一熔断器部件连接到第二区域或者第三区域。
19.根据权利要求18所述的电池，其中，集流体包括第二熔断器部件，第二熔断器部件位于集流体的第二区域或第三区域中。
20.根据权利要求19所述的电池，其中，第二熔断器部件位于第二区域中，并且第一熔断器部件与第三区域邻近。
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