CN103999254A - 具有新颖结构的嵌入式电池单体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池单体，其包括：电极组件，该电极组件被浸没在电解质溶液中，并且该电极组件具有阳极/隔膜/阴极结构且能够被充电和放电；电池壳体，电极组件被嵌入电池壳体中，电池壳体喊铝或铝合金；以及铝涂层，基于阳极化涂覆技术，该铝涂层被涂覆在电池壳体的外表面的至少一部分上。

Description

具有新颖结构的嵌入式电池单体
技术领域
本发明涉及一种嵌入式电池单体，更具体地，涉及如下一种电池单体，该电池单体包括阴极/隔膜/阳极结构的电极组件，该电极组件被浸渍有电解质，该电极组件能够充电和放电；电池壳体，电极组件安装在该电池壳体中，该电池壳体由铝或铝合金制成；以及铝涂层，通过阳极化，该铝涂层被涂布到电池壳体的外表面的至少一部分。
背景技术
随着移动设备的日益发展以及对这种移动设备的需求的增加，对作为能量源的二次电池的需求也急剧增加了。
根据使用二次电池的外部设备的种类，二次电池可以以单个电池的形式或者以具有彼此电连接的多个单元电池的电池组的形式使用。例如，利用单个电池的功率和容量，能够使诸如移动电话等的小型设备运行预定的时长。另一方面，包括多个电池的电池组需要在中大型设备(例如笔记本电脑、便携式数字多功能光盘(DVD)播放器、小型个人计算机(PC)、电动车辆以及混合动力车辆)中使用，因为这些中大型设备需要高功率和大容量。
在二次电池当中，锂二次电池被广泛使用，因为锂二次电池具有高功率和大容量。
然而，锂二次电池中包含各种类型的易燃材料。结果，由于锂二次电池的过度充电、锂二次电池中的过电流或者被施加到锂二次电池的其它外部物理冲击，锂二次电池可能被加热或爆炸。即，锂二次电池的安全性非常低。为此，在电池单体上装载有安全元件，例如正温度系数(PTC)元件和保护电路模块(PCM)，以有效控制锂二次电池的异常状态(例如锂二次电池的过度充电或锂二次电池中的过电流)，这些安全元件在连接到电池单体的状态下装载在电池单体上。
通常，通过焊接或软焊，PCM经由导电镍板电连接到电池单体。即，通过焊接或软焊，该镍板连接到PCB的电极突片，并且，通过焊接或软焊，镍板连接到电池单体的电极端子。以这样的方式，该PCM连接到电池单体以制造一个电池组。
这些安全元件(包括PCM)需要与电池单体的电极端子维持电连接，同时，与电池单体的其它部件电绝缘。为此，多个部件是必需的，这使得电池组的组装过程复杂化。另外，减少了容纳电池单体所需的空间。
此外，容纳这些部件的电池壳体由呈现导高电性的金属材料(例如，镀有铝、铝合金或镍的金属)制成。结果，当电池壳体接触电池单体的其它部件时，可能在电池单体中引起短路。
因此，对如下这种电池单体存在高度需求：当使用传统的电池单体和传统的组装方法时，它能够确保容纳空间以及电池单体的绝缘性，同时，能够防止电池壳体的外表面被腐蚀或磨损。
发明内容
技术问题
因此，为了解决上述问题以及其它尚未解决的技术问题，已经做出了本发明。
通过进行各种广泛深入的研究和实验来解决上述问题，本申请的发明人已经开发出一种电池单体并完成了本发明，在该电池单体中，电池壳体被阳极化以改善电池单体的绝缘性和容量。
因此，本发明的目的是提供一种电池单体，其中，铝电池壳体的外表面被阳极化以改善电池壳体的耐蚀性、耐磨性以及绝缘性。
技术方案
根据本发明的一个方面，可以通过提供如下一种电池单体来实现上述及其它目的，该电池单体包括：阴极/隔膜/阳极结构的电极组件，该电极组件被浸渍有电解质，该电极组件能够被充电和放电；电池壳体，电极组件安装在该电池壳体中，该电池壳体由铝或铝合金制成；以及铝涂层，通过阳极化，该铝涂层被涂布到电池壳体的外表面的至少一部分。
因此，在根据本发明的电池单体中，通过对电池壳体的阳极化，改善了电池单体的耐久性和耐蚀性。而且，由于其气孔率(porosity)和纤维性小，能够进行电池壳体的染色，从而改善电池壳体的耐磨性和可用性。
电池壳体可具有各种形式。例如，电池壳体可以是棱柱状金属容器；然而，电池壳体不限于此。
在优选实例中，在从电池壳体的上端的外周向下设置具有预定长度的未涂覆边缘部分的状态下，铝涂层被涂布到电池壳体的外表面。例如，当在帽板安装到电池壳体的敞口上端之后执行激光焊接时，该未涂覆边缘部分容易提供可焊接性。
更优选地，该未涂覆边缘部分从电池壳体的上端的外周向下延伸0.5至5mm的长度。如果该未涂覆边缘部分的长度太长，则可能难以通过表面处理实现电池壳体的期望的耐久性，这不是优选的。另一方面，如果该未涂覆边缘部分的长度太短，则可能不容易进行激光焊接，这也不是优选的。
形成该未涂覆边缘部分的方法不受特别限制。例如，可以通过以下方式来形成该未涂覆边缘部分：在将绝缘材料涂布到电池壳体或者将绝缘体或绝缘带安装或附接到电池壳体的状态下阳极化该电池壳体，然后，去除该绝缘材料、绝缘体或绝缘带。
在优选实例中，所述铝涂层可以具有0.01至0.05mm的厚度。
在电池单体的制造期间激活该电池单体。电池单体激活过程是在电极组件被浸渍有电解质以在阳极表面上形成保护膜的状态下、初期对电池单体进行充电和放电的过程。取决于充电柱的连接方法，可以执行两种电池单体激活过程。相应地，可以改变根据本发明的电池单体的构造。
可以在阴极充电柱和阳极充电柱均连接到电池单体的上端的状态下执行第一电池单体激活过程，并且可以在电池壳体的整个底部上涂布铝涂层。
可以在阳极充电柱(或阴极充电柱)连接到电池单体的上端并且阴极充电柱(或阳极充电柱)连接到电池单体的下端的状态下执行第二电池单体激活过程，并且铝涂层可以涂布到电池壳体的底部的、除了与阴极充电柱(或阳极充电柱)连接的连接开口部分以外的部分。
该连接开口部分的形状不受特别限制，只要该连接开口部分对应于所述充电柱即可。例如，该连接开口部分可以形成为平面上的圆形、椭圆形或多边形形状。
可以通过以下方式来形成该连接开口部分：在将绝缘材料涂布到电池壳体的底部的一部分或者将绝缘体或绝缘带安装或附接到电池壳体的底部的一部分的状态下阳极化电池壳体，然后，去除该绝缘材料、绝缘体或绝缘带。
在另一优选实例中，电池壳体可以是圆柱形电池壳体。
所述铝涂层可以涂布在该圆柱形电池壳体的整个侧面上。
可以在阴极充电柱(或阳极充电柱)充电柱连接到电池单体的上端且阳极充电柱(或阴极充电柱)连接到电池单体的下端的状态下执行在电池单体的制造期间实施的电池单体激活过程，并且铝涂层可以涂布到电池壳体的底部的、除了与所述阳极充电柱(或阴极充电柱)连接的连接开口部分以外的部分。
具体地，可以通过以下方式来形成该连接开口部分：在将绝缘材料涂布到电池壳体的底部的一部分或者将绝缘体或绝缘带安装或附接到电池壳体的底部的一部分的状态下阳极化该电池壳体，然后，去除该绝缘材料、绝缘体或绝缘带。
在上述实例中，在电池单体激活过程之后，可以使用绝缘构件来密封该连接开口部分。
该绝缘构件的材料不受特别限制，只要该绝缘构件能够保护所述连接开口部分免受外部影响并维持所述连接开口部分的电绝缘即可。
电池单体的种类不受特别限制。例如，电池单体可以是锂二次电池。该二次电池可以是包括一个电池单体的单个电池或者是包括两个或更多个电池单体的组装电池。因此，这里的“二次电池”不受特定的标题限制。
对于本发明所属领域的普通技术人员来说，包括锂二次电池的二次电池的组成、结构和制造方法是显而易见的，因此，将省略其详细描述。
根据本发明的另一方面，提供了一种二次电池组，其包括安装在电池组壳体中的具有上述构造的电池单体。该二次电池组可以是嵌入式电池组。
根据本发明的又一方面，提供了一种移动设备，该移动设备包括被嵌入在移动设备中作为电源的、具有上述构造的二次电池组。具体地，该移动设备可以是轻薄的笔记本电脑、平板PC或者智能平板电脑；然而，该移动设备不限于此。
而且，该二次电池组可以用作电动车辆(EV)、混合动力车辆(HEV)、外接插电式混合动力车辆(PHEV)或者电力存储装置的电力源。
上述装置或设备在本发明所属的领域中是公知的，因此，将省略其详细描述。
本发明的有益效果
从上文的描述中显然可知，在所述连接开口部分设置在电池壳体的底部处的状态下，电池壳体的整个表面被阳极化，从而改善了电池壳体的耐腐蚀性、耐磨性和绝缘性。
而且，不需要将标签贴附到电池壳体外表面的附加过程，从而容易制造电池单体并且提供了比具有相同标准的其它电池单体的容量大的容量。
附图说明
图1示出了根据本发明一实施例的电池组的分解透视图；
图2是示出了根据本发明实施例的电池单体的上端的局部透视图；
图3是图2的局部侧视图；
图4是示出了与在激活电池单体的充电过程期间使用的连接柱联接的电池单体的前视图；
图5是示出了电池单体、阳极化部分、以及绝缘带的分解透视图；
图6是示出了电池单体的下端的局部透视图；
图7是示出了根据本发明另一实施例的圆柱形电池单体和阳极化部分的分解透视图；并且
图8是示出了根据本发明实施例的圆柱形电池单体的底部的底视图。
具体实施方式
现在，将会参考附图详细描述本发明的优选实施例。然而，应注意，本发明的范围不限于所图示的实施例。
图1是典型示出了根据本发明一实施例的二次电池组的分解透视图。
参考图1，根据本发明的二次电池组100包括电池单体110、绝缘安装构件220、保护电路板230、一对连接构件210和212、顶帽240、以及具有阳极化部分155的电池壳体150。该绝缘安装构件220、连接构件210和212、保护电路板230以及顶帽240依次安装到电池单体110的顶部。
绝缘安装构件220设有开口(未示出)，电池单体110的电极端子253和254通过这些开口暴露。绝缘安装构件220直接装载在电池单体110的顶部上。绝缘安装构件220可以利用粘合剂联接到电池单体110的顶部。
在连接构件210和212和保护电路板230装载在绝缘顶帽240上的状态下，绝缘顶帽240联接到电池单体110的上端，同时包围绝缘安装构件220。而且，绝缘顶帽240向下延伸预定长度以包围电池单体110的上端的外周。
图2是示出了根据本发明实施例的电池单体的上端的局部透视图，图3是图2的部分放大侧视图，图4是示出了与在激活电池单体的充电过程期间使用的连接柱联接的电池单体的前视图，图5是示出了电池单体、阳极化部分和绝缘带的分解透视图，图6是示出了电池单体的下端的局部透视图。为了方便描述，在图5中，在阳极化部分与电池壳体分离的状态下示出了阳极化部分，而在图6中，在阳极化部分与电池壳体分离的状态下示出了阳极化部分。
参考这些附图，在从电池壳体150的上端的外周向下设置具有约3mm长度h的未涂覆边缘部分151的状态下，将电池壳体150的整个表面阳极化(155)。通过如下方式来形成未涂覆边缘部分151：在将绝缘材料(未示出)暂时涂布到电池壳体150的状态下阳极化该电池壳体150，然后，去除该绝缘材料。
此外，如下地制造具有电极组件的电池单体110，该电极组件具有阴极/隔膜/阳极结构并与电解质一起在密封状态下布置在由铝制成的电池壳体150中。首先，在与用于激活电池单体110的充电柱160和161连接的连接开口部分162形成在电池壳体150的底部159处的状态下，将电池壳体150的整个表面阳极化(155)。随后，将电极组件安装在电池壳体150中，在帽板152上方沿着电池单体110的外周在电池壳体150的敞口上端处执行激光焊接(参见图2所示的箭头)，通过帽板152的电解质注入口153注入电解质，并激活该电池单体。随后，补充电解质，然后将电解质注入口153密封。
该连接开口部分162被形成为平面矩形形状。替代地，该连接开口部分162也可形成为平面上的各种形状。
而且，通过以下方式来形成该连接开口部分162：在将绝缘材料(未示出)涂布到电池壳体150的底部的一部分的状态下阳极化电池壳体150(155)，然后，去除该绝缘材料。
最后，使用绝缘构件165(例如绝缘带)来密封该连接开口部分162。
在第一充电柱160连接到帽板152的上电极端子131且第二充电柱161连接到电池壳体150的连接开口部分162的状态下，执行电池单体激活过程。
因此，通过提供该连接开口部分162，容易地实现了第二充电柱161的连接。
图7是示出了根据本发明实施例的圆柱形电池单体和阳极化部分的分解透视图，而图8是示出了根据本发明实施例的圆柱形电池单体的底部的底视图。为了方便描述，在图7中，在阳极化部分与电池壳体分离的状态下示出了阳极化部分。
参考这些附图，圆柱形电池单体300具有与电解质一起在密封状态下布置在圆柱形电池壳体350中的电极组件。电池壳体350的整个表面的除了连接开口部分360以外的部分被阳极化(500)，用于激活电池单体300的充电柱(未示出)连接到该连接开口部分360。
阴极端子320形成在圆柱形电池单体300的顶部310处，使得阴极端子320在阴极端子320与电池壳体350分离的状态下向上突出。阳极端子330形成在电池单体300的底部处。
除了没有形成未涂覆边缘部分151(参见图3)，将电池壳体350的整个表面的、除了圆柱形电池单体300的连接开口部分360以外的部分阳极化(500)的方法与上文参照图1至图6描述的相同，因此，将省略其描述。
尽管已经出于说明性目的公开了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员将会理解，在不脱离所附权利要求书中公开的、本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种变型、添加和替换。

Claims (18)

1.一种电池单体；包括：
阴极/隔膜/阳极结构的电极组件，所述电极组件被浸渍有电解质，所述电极组件能够被充电和放电；
电池壳体，所述电极组件安装在所述电池壳体中，所述电池壳体由铝或铝合金制成；以及
铝涂层，通过阳极化，所述铝涂层被涂布到所述电池壳体的外表面的至少一部分。
2.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述电池单体是棱柱状电池壳体。
3.根据权利要求2所述的电池单体，其中，在从所述电池壳体的上端的外周向下设置具有预定长度的未涂覆边缘部分的状态下，所述铝涂层被涂布到所述电池壳体的外表面。
4.根据权利要求3所述的电池单体，其中，所述未涂覆边缘部分从所述电池壳体的上端的外周向下延伸0.5至5mm的长度。
5.根据权利要求1所述的电池单体，其中，通过以下方式来形成所述未涂覆边缘部分：在将绝缘材料涂布到所述电池壳体或者将绝缘体或绝缘带安装或附接到所述电池壳体的状态下阳极化所述电池壳体，然后，去除所述绝缘材料、所述绝缘体或所述绝缘带。
6.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述铝涂层具有0.01至0.05mm的厚度。
7.根据权利要求2所述的电池单体，其中，在阴极充电柱和阳极销均连接到电池单体的上端的状态下执行在所述电池单体的制造期间实施的电池单体激活过程，并且在所述电池壳体的整个底部上涂布所述铝涂层。
8.根据权利要求2所述的电池单体，其中，在阳极充电柱(或阴极充电柱)连接到所述电池单体的上端且阴极充电柱(或阳极充电柱)连接到所述电池单体的下端的状态下执行在所述电池单体的制造期间实施的电池单体激活过程，并且铝涂层被涂布到所述电池壳体的底部的、除了与所述阴极充电柱(或阳极充电柱)连接的连接开口部分以外的部分。
9.根据权利要求8所述的电池单体，其中，通过以下方式来形成所述连接开口部分：在将绝缘材料涂布到所述电池壳体的底部的一部分或者将绝缘体或绝缘带安装或附接到所述电池壳体的底部的一部分的状态下阳极化所述电池壳体，然后，去除所述绝缘材料、所述绝缘体或所述绝缘带。
10.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述电池壳体是圆柱形电池壳体。
11.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述铝涂层被涂布在所述电池壳体的整个侧面上。
12.根据权利要求10所述的电池单体，其中，在阴极充电柱(或阳极充电柱)连接到所述电池单体的上端且阳极充电柱(或阴极充电柱)连接到所述电池单体的下端的状态下，执行在所述电池单体的制造期间实施的电池单体激活过程，并且所述铝涂层被涂布到所述电池壳体的底部的、除了与所述阳极充电柱(或阴极充电柱)连接的连接开口部分以外的部分。
13.根据权利要求8或12所述的电池单体，其中，通过以下方式来形成所述连接开口部分：在将绝缘材料涂布到所述电池壳体的底部的一部分或者将绝缘体或绝缘带安装或附接到所述电池壳体的底部的一部分的状态下阳极化所述电池壳体，然后，去除所述绝缘材料、所述绝缘体或所述绝缘带。
14.根据权利要求8或者12所述的电池单体，其中，在所述电池单体激活过程之后，使用绝缘构件来密封所述连接开口部分。
15.根据权利要求1所述的电池单体，其中，所述电池单体是锂二次电池单体。
16.一种二次电池组，其包括安装在电池组壳体中的根据权利要求1所述的电池单体。
17.根据权利要求16所述的二次电池组，其中，所述二次电池组是嵌入式电池组。
18.一种移动设备，包括根据权利要求16所述的二次电池组，所述二次电池组被嵌入在所述移动设备中作为电源。
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