CN103579575B - 可再充电电池、电池芯和装配可再充电电池的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可再充电电池、一种可再充电电池芯和一种装配可再充电电池的方法。电池包括：电极组件，包括正极、负极以及位于正极和负极之间的分隔件；弹性构件，位于电极组件的内部，并被构造为对电极组件施加弹力；聚合物构件，位于弹性构件和电极组件之间；以及壳体，用于容纳电极组件、弹性构件和聚合物构件。

Description

可再充电电池、电池芯和装配可再充电电池的方法

技术领域

本发明的实施例涉及一种可再充电电池。

背景技术

可再充电电池与一次电池不同，是意图重复地充电和放电的电池。小型可再充电电池可以用作诸如蜂窝电话、笔记本计算机和摄像机的小型电子设备的电源，而中型或大型可再充电电池用作用于驱动混合动力车辆等中的电动机的电源。可再充电电池可以以单个单体电池用于小型电子设备中，或者可以以其中多个单体电结合的电池模块用于电动机驱动电源等中。通过经汇流条结合电极端子形成可再充电电池模块。在可再充电电池中设置包括正极和负极的电极组件，并且会寻求对电极组件的形状的稳定支撑。当电极组件变形时，在可再充电电池中可能发生不稳定的反应，因此，可能使输出（例如，功率输出或功率效率）劣化，或者可再充电电池可能爆炸。具体地，当电极组件中的中心销由于过高的温度而变形时，电极组件变形，从而劣化了可再充电电池的性能。

本背景技术部分中公开的以上信息仅用于增强对本发明的实施例的背景的理解，因此可能包含不形成本领域普通技术人员已知的本国的现有技术的信息。

发明内容

本发明的实施例提供了一种可以避免或防止电极组件变形的可再充电电池。根据本发明的示例性实施例的电池包括：电极组件，包括正极、负极以及位于正极和负极之间的分隔件；弹性构件，位于电极组件的内部，并被构造为对电极组件施加弹力；聚合物构件，位于弹性构件和电极组件之间；以及壳体，用于容纳电极组件、弹性构件和聚合物构件。

聚合物构件可以包括粘性的内表面或粘性的外表面。

弹性构件的长度可以与电极组件的长度基本上相等。

聚合物构件可以包括聚苯乙烯、拉伸聚苯乙烯或者至少部分可被电极组件的电解质溶液溶解的材料。

聚合物构件可以包括聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙单体（EPDM）或不与电解质溶液反应的材料。

聚合物构件沿着聚合物构件的外围可以是不连续的。

所述电池还可以包括部分地围绕聚合物构件的可扩张的支撑构件。

支撑构件可以包括弹性带。

根据本发明的另一示例性实施例的电池芯包括：弹性构件；聚合物构件，至少部分地围绕弹性构件并压缩弹性构件，其中，聚合物构件被构造成至少部分地溶解在电解质溶液中以释放对弹性构件的压缩。

聚合物构件可以包括聚苯乙烯或拉伸聚苯乙烯。

聚合物构件可以具有沿着聚合物构件的横向面的凹口。

聚合物构件可以包括：被构造为沿着聚合物构件的横向面溶解在电解质溶液中的材料；聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙单体（EPDM）和不与电解质溶液反应的材料中的至少一种。

电池芯还可以包括部分地围绕聚合物构件的可扩张的支撑构件。

支撑构件可以包括弹性带。

聚合物构件可以包括注塑成型管。

根据本发明的另一实施例的装配电池的方法包括：将芯插入到位于壳体中的电极组件中；将盖组件密封到壳体，其中，芯包括弹性构件和用于维持弹性构件的压缩状态的聚合物构件。

所述方法还可以包括通过注塑成型形成聚合物构件。

所述方法还可以包括通过使弹性构件弯曲来压缩弹性构件，使得弹性构件的横向侧端互相接近、接触或者叠置。

聚合物构件可以至少部分地溶解在电池的电解质溶液中。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的可再充电电池的剖开透视图。

图2是根据本发明的第一示例性实施例的可再充电电池的剖视图。

图3是根据本发明的第一示例性实施例的芯的剖视图。

图4是根据本发明的第一示例性实施例的芯的透视图。

图5是根据本发明的第一示例性实施例的以开放的状态示出的芯的剖视图。

图6是根据本发明的第二示例性实施例的芯的剖视图。

图7是根据本发明的第二示例性实施例的以开放的状态示出的芯的剖视图。

图8是根据本发明的第三示例性实施例的芯的透视图。

图9是根据本发明的第三示例性实施例的芯的剖视图。

图10是根据本发明的第三示例性实施例的以开放的状态示出的芯的剖视图。

图11是根据本发明的第四示例性实施例的芯的透视图。

图12是根据本发明的第四示例性实施例的芯的剖视图。

图13是根据本发明的第四示例性实施例的以开放的状态示出的芯的剖视图。

图14是根据本发明的第五示例性实施例的芯的透视图。

图15是根据本发明的第五示例性实施例的芯的剖视图。

图16是根据本发明的第五示例性实施例的以开放的状态示出的芯的剖视图。

具体实施方式

在下文中将参照附图更充分地描述本发明的实施例，在附图中示出了本发明的示例性实施例。如本领域技术人员所将认识到的，在所有不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以以各种方式修改所描述的实施例。附图和描述在本质上被认为是示意性的而非限制性的。在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的元件。

图1是根据本发明的实施例的可再充电电池的剖开透视图，图2是根据本发明的第一示例性实施例的可再充电电池的剖视图。

参照图1和图2，根据本示例性实施例的可再充电电池100包括：电极组件110，具有正极112、负极113和两者之间的分隔件114；壳体120，在一端具有开口以容纳电极组件100和电解质溶液。

另外，盖组件140设置有衬垫152以密封壳体120。壳体120可以由诸如以铝、铝合金或镀镍的钢为例的导电金属形成。根据本示例性实施例的壳体120以具有内空间的圆柱体的形状形成，其中，电极组件110位于壳体120的内空间。盖组件140与壳体120配合并通过夹持固定到壳体120，在此过程中，凸缘部分123和夹持部分125形成在壳体120中。

尽管根据示例性实施例的电极组件110是圆柱形的，其中正极112、分隔件114和负极113以螺旋的形状堆叠和缠绕，但是电极组件110的结构不限于此，电极组件110可以具有诸如以棱柱形状等为例的其他结构。

电极组件110的中心存在空间，芯160设置在该空间中以维持电极组件110的圆柱形形状。

另外，未涂覆正极活性材料的正极未涂覆区域112a形成在正极112的上端，从而正极未涂覆区域112a与正极集流板138电结合。此外，未涂覆负极活性材料的负极未涂覆区域113a形成在负极113的下端，从而负极未涂覆区域113a与负极集流板132电结合。

在本示例性实施例中，正极集流板138安装在电极组件110的上部，负极集流板132安装在电极组件110的下部。然而，本发明不限于此，正极集流板138可以安装在电极组件110的下部，负极集流板132可以安装在电极组件110的上部。

盖组件140包括其中形成有排气孔143a的盖板143，被构造为在受到壳体120内部充足的压力（例如，在预定的压力条件下）而破裂时排放气体的通气板142设置在盖板143下方。在破裂时，通气板142断开电极组件110和盖板143之间的电连接。

正温度系数元件141设置在盖板143和通气板142之间，正温度系数元件141是当它的温度变得足够高时（例如，当温度超过预定的温度时），具有接近无限大的电阻（例如，开路）的器件，当可再充电电池100的温度足够高（例如，超过预定的温度）时，正温度系数元件141阻断充电电流的流动和放电电流的流动。

通气板142向下突出，底板（未示出）附着到通气板142的突出部分的底侧。可以围绕通气板142的突出部分形成凹口142a。

通过引线部分151与电极组件110电结合的中间板146形成在通气板142的边缘处，绝缘件145设置在中间板146和通气板142之间以使中间板146和通气板142之间绝缘。

如图2中所示，芯160可以被插入到电极组件110的中心以支撑电极组件110的形状。

图3是根据本发明的第一示例性实施例的芯的剖视图，图4是根据图3中示出的第一示例性实施例的芯的透视图，图5是第一示例性实施例的以开放的状态示出的芯的剖视图。

参照图3至图5，芯160以圆柱形的空心管的形状形成。芯160包括具有切开部分的弹性构件（例如，弹簧构件）161和围绕弹性构件161的聚合物构件162。这里，弹性构件161的长度可以与电极组件110的长度基本相等。

弹性构件161以管的形状形成，所述管具有内空间并具有沿着弹性构件161的长度方向延伸的切开部分。因此，弹性构件161包括：第一侧端161a，形成在外围表面的沿着弹性构件161的长度方向延伸的一个开口端边缘处，并沿着弹性构件161的长度方向延伸；第二侧端161b，与第一侧端161a分离并沿着弹性构件161的长度方向延伸。

聚合物构件162形成为围绕弹性构件161，并由被构造为在电解质溶液中溶解的聚合物材料形成。根据本示例性实施例的聚合物构件162形成为具有粘性的内表面和外表面的带，因此，聚合物构件162的内表面附着到弹性构件161，聚合物构件162的外表面附着到电极组件110。

聚合物构件162可以由包括诸如聚苯乙烯的材料形成，可以由拉伸聚苯乙烯（OPS）形成。

如图4中所示，芯160插入到电极组件110中，同时弹性构件161被聚合物构件162围绕并受到聚合物构件162的挤压，而因此处于压缩状态。

为此，聚合物构件162围绕弹性构件161，弹性构件161具有比聚合物构件162的曲率大的曲率（例如，比聚合物构件162的曲率半径小的曲率半径）。

如图5中所示，当芯160插入到可再充电电池100中并因此接触电解质溶液（例如，接触预定的时间段）时，聚合物构件162可以被电解质溶液部分地溶解，使得聚合物构件162的强度或结构完整性降低。当聚合物构件162的强度变得比弹性构件161的弹力弱时，聚合物构件162裂开，弹性构件161不再被聚合物构件162压缩。

在这种情况下，在聚合物构件162中形成裂口，外围表面的沿着聚合物构件162的长度方向延伸的第一开口端边缘（例如，第一侧端162a）和外围表面的沿着聚合物构件162的长度方向延伸的与第一侧端162a分离的第二开口端边缘（例如，第二侧端162b）形成在外部外围中（例如，通过聚合物构件162的裂开形成）。

弹性构件161的性质使得第一侧端161a和第二侧端161b之间的裂口随着聚合物构件162的破裂而增大，弹性构件161扩张以具有比最初插入时的曲率小的曲率（例如，比最初插入时的曲率半径大的曲率半径），因此（例如，朝着壳体120的内表面）挤压电极组件110。

在传统的芯的情况下，芯的强度随着可再充电电池的内部温度升高而减弱，由此使芯变形。然而，根据第一示例性实施例，由于芯160包括弹性构件161，环形芯160被压缩和插入，所以可以避免或者防止芯160的变形，其后压缩力被释放，允许电极组件110被进一步稳定地支撑。另外，因为聚合物构件162附着到弹性构件161和电极组件110，所以聚合物构件162可以支撑弹性构件161。

图6是根据本发明的第二示例性实施例的芯的剖视图，图7是第二示例性实施例的以开放的状态示出的芯的剖视图。

参照图6和图7，芯210以空心圆柱形管的形状形成。芯210包括具有切开部分的弹性构件（例如，弹簧构件）211，以及围绕弹性构件211的聚合物构件212。

弹性构件211以具有内空间的管的形状形成，并且包括形成在外围表面的沿着弹性构件211的长度方向延伸（例如，顺着不连续的管的形状的一个表面中的裂口）的一个开口端边缘处的第一侧端211a和与第一侧端211a分离并沿着弹性构件211的长度方向延伸的第二侧端211b。

聚合物构件212形成为围绕弹性构件211，并由在电解质溶液中溶解的聚合物材料形成。根据本示例性实施例的聚合物构件212以注塑成型管的形状形成，并且可以由包括聚苯乙烯的材料形成。

如图6中所示，芯210最初插入电极组件110中，同时弹性构件211被聚合物构件212围绕，并因此被聚合物构件212挤压，因而处于压缩状态。

为此，聚合物构件212围绕弹性构件211，弹性构件211以比聚合物构件212的曲率大的曲率弯曲，这里，弹性构件211发生变形或压缩，弹性构件211弯曲使得横向侧端211a和211b叠置。

如图7中所示，当芯210插入到可再充电电池并接触电解质溶液（例如，接触预定的时间段）时，聚合物构件212可以被电解质溶液部分地溶解，因此聚合物构件212的强度变弱。当聚合物构件212的强度变得比弹性构件211的弹力弱时，聚合物构件212裂开，弹性构件211不再被聚合物构件212压缩。因此，在聚合物构件212中形成裂口，外围表面的沿着聚合物构件212的长度方向延伸的第一开口端边缘212a和外围表面的沿着聚合物构件212的长度方向延伸的与第一开口端边缘212a分离的第二开口端边缘212b都形成在沿着聚合物构件212的长度的外围中。

弹性构件211的物理特性使得第一侧端211a和第二侧端211b之间的裂口在聚合物构件212破裂时增大，并且弹性构件211伸展或者扩张以具有比最初插入时的曲率小的曲率，因此挤压电极组件110。

图8是根据本发明的第三示例性实施例的芯的透视图，图9是根据本发明的第三示例性实施例的芯的剖视图，图10是根据第三示例性实施例的以开放的状态示出的芯。

参照图8至图10，芯220以圆柱形的空心管的形状形成。芯220包括具有切开部分的弹性构件（例如，弹簧构件）221和围绕弹性构件221的聚合物构件222。弹性构件221以具有内空间的管的形状形成。

弹性构件221包括：第一侧端221a，形成为外围表面的沿着弹性构件221的长度方向（例如，顺着管的一个表面中的缺口）延伸的开口端边缘；第二侧端221b，与第一侧端221a分离并沿着弹性构件221的长度方向延伸。第一侧端221a和第二侧端221b是分开的，因此形成了切开部分。

聚合物构件222围绕弹性构件221，并以注塑成型圆形管的形状形成。沿着聚合物构件222的长度方向延伸的凹口223沿着或顺着聚合物构件222的在长度方向上的外围形成。

如图9中所示，芯220最初插入电极组件110中，同时弹性构件221被聚合物构件222围绕并因此受到聚合物构件222的挤压，因此处于压缩状态。为此，聚合物构件222围绕弹性构件221，弹性构件221以比聚合物构件222的曲率大的曲率弯曲。

如图10中所示，当芯220插入可再充电电池中并接触电解质溶液（例如，接触电解质溶液预定的时间段）时，聚合物构件222可以被电解质溶液部分地溶解，因此聚合物构件222的强度和完整性变弱。当聚合物构件222的强度变得比弹性构件221的弹力弱时，聚合物构件222裂开，因此弹性构件221扩张。

因此，在聚合物构件222中形成裂口，外围表面的沿着聚合物构件222的长度方向延伸的第一开口端边缘222a和与第一开口端边缘222a分离的第二开口端边缘222b形成在聚合物构件222的外围中。

弹性构件221的特性使得第一侧端221a和第二侧端221b之间的裂口在聚合物构件222破裂时增大，使得弹性构件221伸展以具有比最初插入时的曲率小的曲率，因此挤压电极组件110。

这里，聚合物构件222由形成凹口的聚合物材料（例如，具有预定的厚度的聚合物材料）形成，因此，聚合物构件222可以支撑弹性构件221的形状。聚合物构件222具有弹性，从而聚合物构件222可以避免或者防止弹性构件221的扩张而将弹力传递到电极组件110。

图11是根据本发明的第四示例性实施例的芯的透视图，图12是根据第四示例性实施例的芯的剖视图，图13是根据第四示例性实施例的以开放的状态示出的芯的剖视图。

参照图11至图13，芯230以圆柱形的空心管的形状形成。芯230包括具有切开部分的弹性构件（例如，弹簧构件）231和围绕弹性构件231的聚合物构件232。弹性构件231以具有内空间的管的形状形成，并且包括第一侧端231a和第二侧端231b，第一侧端231a形成为外围表面的沿着弹性构件231的长度方向（例如，顺着管的一个表面中的缺口）延伸的开口端边缘，第二侧端231b与第一侧端231a分离并沿着弹性构件231的长度方向延伸。第一侧端231a和第二侧端231b分开以形成切开部分。

聚合物构件232形成为围绕弹性构件231，并以注塑成型圆形管的形状形成。沿着聚合物构件232的长度方向延伸的溶解单元233沿着聚合物构件232的长度方向形成在聚合物构件232的表面中。

聚合物构件232由弹性聚合物形成，并且可以由不与电解质溶液反应的诸如聚乙烯、聚丙烯、EPDM（三元乙丙单体）等的材料形成。另外，溶解单元233向聚合物构件232的长度方向延伸并结合到聚合物构件232的两端，并且可以由可以容易地溶解于电解质溶液的聚苯乙烯形成。

如图12中所示，芯230最初插入电极组件110中，同时弹性构件231被聚合物构件232围绕。在这种情况下，弹性构件231受到聚合物构件232的挤压而处于压缩状态。为此，聚合物构件232围绕弹性构件231，弹性构件231以比聚合物构件232的曲率大的曲率弯曲。

如图13中所示，当芯230插入可再充电电池的壳体120中并接触电解质溶液（例如，接触预定的时间段）时，溶解单元233可以被电解质溶液溶解，以在聚合物构件232中形成裂口。因此，外围表面的沿着聚合物构件232的长度方向延伸的第一开口端边缘232a和与第一开口端边缘232a分离的第二开口端边缘232b沿着聚合物构件232的长度方向形成在聚合物构件232的外围表面中。

弹性构件231的特性使得第一侧端231a和第二侧端231b之间的裂口在聚合物构件232破裂之后增大，弹性构件231伸展或扩张以具有比最初插入时的曲率小的曲率，因此挤压电极组件110。

由于聚合物构件232由弹性聚合物材料形成，所以聚合物构件232具有一定程度的强度，因此聚合物构件232可以支撑弹性构件231的形状。

另外，聚合物构件232具有弹性，从而聚合物构件232可以避免或者防止弹性构件231的扩张而将弹力传递到电极组件110。

图14是根据本发明的第五示例性实施例的芯的透视图，图15是根据第五示例性实施例的芯的剖视图，图16是根据第五示例性实施例的以开放的状态示出的芯的剖视图。

参照图14至图16，芯240以圆柱形空心管的形状形成，并包括弹性构件（例如，弹簧构件）241、围绕弹性构件241的聚合物构件242以及围绕聚合物构件242的一个或多个带状支撑构件243。

弹性构件241以具有内空间的管的形状形成，并且包括形成为外围表面的沿着弹性构件241的长度方向延伸的开口端边缘的第一侧端241a和与第一侧端241a分离并沿着弹性构件241的长度方向延伸的第二侧端241b。第一侧端241a和第二侧端241b分开，由此形成切开部分。

聚合物构件242形成为围绕弹性构件241，并由弹性和柔性的膜形成。聚合物构件242由弹性聚合物形成，并且可以由不与电解质溶液反应的诸如以聚乙烯、聚丙烯、EPDM等为例的材料形成。

支撑构件243以部分地围绕聚合物构件242的带的形状形成，多个支撑构件243在聚合物构件242的外围上彼此分开。另外，支撑构件243可以形成为聚苯乙烯膜，聚苯乙烯膜可以容易地溶解在电解质溶液中。

如图15中所示，芯240最初插入电极组件110中，同时支撑构件243通过聚合物构件242围绕弹性构件241并挤压弹性构件241，使得弹性构件241处于压缩状态。

如图16中所示，芯240插入到可再充电电池的壳体120中并因此接触电解质溶液，使得支撑构件243被电解质溶液溶解，并导致作用于弹性构件241的压力消除，由此使弹性构件241变形并使第一侧端241a和第二侧端241b之间的裂口增大。另外，聚合物构件242是延伸的，因此支撑弹性构件241。

因此，弹性构件241扩张或者伸展以具有比当最初插入时的曲率小的曲率，由此（例如，朝着壳体120的内表面）挤压电极组件110。聚合物构件可以通过将弹力传递到电极组件110来挤压电极组件110，电极组件110反过来支撑弹性构件241。

尽管已经结合目前被认为可实施的示例性实施例描述了本发明的实施例，但是应该理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是相反，意图覆盖包括在权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置以及它们的等同物。

一些参考标记的描述

100：可再充电电池 110：电极组件

112：正极 113：负极

114：分隔件 120：壳体

140：盖组件 143：盖板

146：中间板 151：引线部分

152：衬垫

160、210、220、230、240：芯

161、211、221、231、241：弹性构件

162、212、222、232、242：聚合物构件

223：凹口 233：溶解单元

243：支撑构件

Claims (18)

1.一种可再充电电池，所述电池包括：

电极组件，包括正极、负极以及位于正极和负极之间的分隔件；

弹性构件，位于电极组件的内部，并被构造为对电极组件施加弹力；

聚合物构件，位于弹性构件和电极组件之间，并且被构造为至少部分地溶解在电解质溶液中；以及

壳体，用于容纳电极组件、弹性构件和聚合物构件。

2.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中，聚合物构件包括粘性的内表面或粘性的外表面。

3.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中，弹性构件的长度与电极组件的长度相等。

4.根据权利要求1所述的可再充电电池，其中，聚合物构件包括聚苯乙烯、拉伸聚苯乙烯或者至少部分可被电极组件的电解质溶液溶解的材料。

5.根据权利要求1所述的电池，其中，聚合物构件包括聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙单体或不与电解质溶液反应的材料。

6.根据权利要求5所述的可再充电电池，其中，聚合物构件沿着聚合物构件的外围是不连续的。

7.根据权利要求1所述的可再充电电池，所述电池还包括部分地围绕聚合物构件的可扩张的支撑构件。

8.根据权利要求7所述的可再充电电池，其中，支撑构件包括弹性带。

9.一种用于可再充电电池的芯，所述用于可再充电电池的芯包括：

弹性构件：以及

聚合物构件，至少部分地围绕弹性构件并压缩弹性构件，

其中，聚合物构件被构造为至少部分地溶解在电解质溶液中以释放对弹性构件的压缩。

10.根据权利要求9所述的用于可再充电电池的芯，其中，聚合物构件包括聚苯乙烯或拉伸聚苯乙烯。

11.根据权利要求9所述的用于可再充电电池的芯，其中，聚合物构件具有沿着聚合物构件的横向面的凹口。

12.根据权利要求9所述的用于可再充电电池的芯，其中，聚合物构件包括：

被构造为沿着聚合物构件的横向面溶解在电解质溶液中的材料；以及

聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙单体和不与电解质溶液反应的材料中的至少一种。

13.根据权利要求9所述的用于可再充电电池的芯，所述电池芯还包括部分地围绕聚合物构件的可扩张的支撑构件。

14.根据权利要求13所述的用于可再充电电池的芯，其中，所述支撑构件包括弹性带。

15.根据权利要求9所述的用于可再充电电池的芯，其中，聚合物构件包括注塑成型管。

16.一种装配电池的方法，所述方法包括：

将芯插入到位于壳体中的电极组件中；以及

将盖组件密封到壳体，

其中，芯包括弹性构件和用于维持弹性构件的压缩状态的聚合物构件，聚合物构件至少部分地溶解在电池的电解质溶液中。

17.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括通过注塑成型形成聚合物构件。

18.根据权利要求16所述的方法，所述方法还包括通过使弹性构件弯曲来压缩弹性构件，使得弹性构件的横向侧端互相接近、接触或者叠置。