CN103999255A - 具有新颖的嵌入式结构的电池单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电池单元，该电池单元包括：电极组件，该电极组件被浸渍在电解质溶液中，并且该电极组件具有阳极/分隔层/阴极的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，且包括铝或者铝合金；以及保护涂层，其被涂覆在电池壳体的外表面的至少一部分上，且包括绝缘聚合物。

Description

具有新颖的嵌入式结构的电池单元
技术领域
本发明涉及一种嵌入式电池单元，并且更加具体地，涉及一种电池单元，该包括：阴极/分隔物/阳极结构的电极组件，该电极组件被浸渍有电解质，且该电极组件能够充电和放电；电极壳体，电极组件被安装在该电极壳体中，电池壳体由铝或者铝合金制成；以及保护涂层，该保护涂层被施加到电池壳体的外表面的至少一部分，且保护涂层包含电绝缘的聚合物材料。
背景技术
随着移动装置的日益发展，并且对这种移动装置的需求的增加，对作为能量源的二次电池的需求也急剧增加。
取决于使用有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被彼此电连接的多个单元电池的电池组的形式使用。例如，通过一个电池的功率和容量能够在预定的时间段内操作小型装置诸如移动电话。另一方面，包括多个电池的电池组需要在中大型装置诸如膝上型计算机、便携式数字多功能盘(DVD)播放器、小型个人计算机(PC)、电动车辆以及混合动力电动车辆中使用，这是因为对于中大型装置来说高功率和大容量是必需的。
在二次电池中，锂二次电池被广泛地使用，这是因为锂二次电池具有高功率和大容量。
然而，各种类型的可燃材料被包含在锂二次电池中。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，锂二次电池可被加热或者爆炸。即，锂二次电池的安全性非常低。因此，安全元件诸如正温度系数(PTC)元件和保护电路模块(PCM)，有效地控制锂二次电池的异常状态诸如锂二次电池的过度充电或者锂二次电池中的过电流，在该安全元件被连接到电池单元的状态下，该安全元件被装载在电池单元上。
通常，通过焊接或者软焊，PCM经由导电镍板被电连接到电池单元。即，通过焊接或者软焊，镍板被连接到PCB的电极突出物，并且通过焊接或者软焊，镍板被连接到电池单元的电极端子。以这样的方式，PCM被连接到电池单元以制造电池组。
要求包括PCM的安全元件被维持在与电池单元的电极端子的电连接中，并且同时要求与电池单元的其它部件电绝缘。为此，多个部件是必需的，这使电池组的组装过程复杂化。另外，对于接收电池单元所必需的空间被减少。
此外，接收部件的电池壳体由呈现高导电性的金属材料，诸如被电镀有铝、铝合金或者镍的金属制成。结果，当电池壳体接触电池单元的其它部件时，可能在电池单元中引起短路。
因此，存在对于能够确保接收空间和电池单元的绝缘性的电池单元，并且同时，防止当使用传统的电池单元和传统的组装方法时电池壳体的外表面被腐蚀或者磨损的电池单元的高度需求。
发明内容
技术问题
因此，已经完成本发明以解决上述问题以及尚待解决的其它的技术问题。
由于要解决如上所述的问题的各种广泛和深入的研究和试验，本申请的发明人已经开发一种电池单元，其中，电池壳体被涂覆有聚合物材料以改善电池单元的绝缘性和容量并且完成本发明。
因此，本发明的目的是为了提供一种电池单元，其中，铝电池壳体的外表面被涂覆有电绝缘聚合物材料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，通过提供一种电池单元能够完成以上和其它目的，该电池单元包括：阴极/分隔物/阳极结构的电极组件，电极组件浸渍有电解质，并且该电极组件能够充电和放电；电池壳体，电极组件被安装在该电池壳体中，并且该电池壳体由铝或者铝合金制成；以及保护涂层，该保护涂层被施加到电池壳体的外表面的至少一部分，并且该保护涂层包含电绝缘聚合物材料。
因此，在根据本发明的电池单元中，通过提供包含电绝缘的聚合物材料的保护涂层，大大地改善电池壳体的耐久性和耐蚀性。并且，没有必要使用附加构件诸如标签，从而改善电池单元的制造效率并提供比具有相同标准的其它电池单元的容量大的容量。
使用各种共聚物成分可以不同地形成保护涂层。
在第一实例中，通过将作为底漆的丙烯酸树脂和作为涂层基础材料的聚氨基甲酸酯树脂施加到电池壳体并且干燥丙烯酸树脂和聚氨基甲酸酯树脂，可以形成保护涂层。
在第二实例中，通过将作为底漆的环氧树脂和作为涂层基础材料的丙烯酸树脂施加到电池壳体并且干燥环氧树脂和丙烯酸树脂，可以形成保护涂层。
在第三实例中，通过将丙烯酸树脂和硅树脂的混合溶液施加到电池壳体并且使用硬化剂硬化被混合的溶液，可以形成保护涂层。
然而，用于保护涂层的材料和形成保护涂层的方法不限于此。
电池壳体具有各种形式。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被涂覆的边缘部分的状态下，保护涂层被施加到电池壳体的外表面。例如，当在帽板被安装到电池壳体的敞开的上端之后执行激光焊接时，未被涂覆的边缘部分容易地提供可焊接性。
更加优选地，未被涂覆的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。如果未被涂覆的边缘部分的长度太长，则可能难以基于保护涂层实现电池壳体的期待的耐久性，这不是优选的。另一方面，如果未被涂覆的边缘部分的长度太短，则可能难以容易地执行激光焊接，这不是优选的。
形成未被涂覆的边缘部分的方法没有被特别地限制。例如，通过在绝缘材料被施加到电池壳体或者绝缘物或绝缘带被安装或附接到电池壳体的状态下涂覆电池壳体并且去除绝缘材料、绝缘物或者绝缘带，可以形成未被涂覆的边缘部分。
在优选实例中，保护涂层可以具有0.01至0.05mm的厚度。
通常，在电池单元的制造期间活化电池单元。电池单元活化过程是，在电极组件浸渍有电解质以在阳极表面上形成保护薄膜的状态下，最初将电池单元充电和放电的过程。取决于充电销连接方法可以执行两个电池单元活化过程。对应地，可以改进根据本发明的电池单元的构造。
在如下状态下，可以执行第一电池单元活化过程，即：阴极充电销和阳极充电销被连接到电池单元的上端，并且遍及电池壳体的底部可以施加保护涂层。
在如下状态下，可以执行第二电池单元活化过程，即：阳极(或者阴极)充电销被连接到电池单元的上端并且阴极(或者阳极)充电销被连接到电池单元的下端，并且保护涂层可以被施加到电池壳体的排除阴极(或者阳极)充电销被连接到的连接开口部分的底部。
连接开口部分的形状没有被特别地限制，只要连接开口部分对应于充电销。例如，在平面中，连接开口部分可以被形成为圆形、椭圆形或者多边形形状。
通过在绝缘材料被施加到电池壳体的底部的一部分或者绝缘物或绝缘带被安装或附接到电池壳体的底部的一部分的状态下涂覆电池壳体并且去除绝缘材料、绝缘物或者绝缘带，可以形成连接开口部分。
在另一优选实例中，电池壳体可以是圆柱状电池壳体。
遍及圆柱状电池壳体的侧面可以施加保护涂层。
在如下状态下，可以执行在电池单元的制造期间所执行的电池单元活化过程，即：阴极(或者阳极)充电销被连接到电池单元的上端并且阳极(或者阴极)充电销被连接到电池单元的下端，并且保护涂层可以被施加到电池壳体的除了与阳极(或者阴极)充电销连接的连接开口部分之外的底部。
具体地，通过在绝缘材料被施加到电池壳体的底部的一部分或者绝缘物或者绝缘带被安装或者附接到电池壳体的底部的一部分的状态下涂覆电池壳体并且去除绝缘材料、绝缘物或者绝缘带，可以形成连接开口部分。
在上面提及的实例中，在电池单元活化过程之后通过使用绝缘构件可以密封连接开口部分。
用于绝缘构件的材料没有被特别地限制，只要绝缘构件保护连接开口部分免受外部作用并维持连接开口部分的电绝缘。
电池单元的种类没有被特别地限制。例如，电池单元可以是铝二次电池单元。该二次电池可以是包括一个电池单元的单个电池或者包括两个或者更多个电池单元的组装电池。因此，不通过特定的标题表示二次电池。
对于本发明所属领域的技术人员来说，包括锂二次电池的二次电池的组成、结构以及制造方法是显而易见的，并且因此，其详细描述将会被省略。
根据本发明的另一方面，提供一种二次电池组，该二次电池组包括具有被安装在电池组壳体中的上述构造的电池单元。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，提供一种移动装置，该移动装置包括具有被嵌入在移动装置中的上述构造的作为电源的二次电池组。具体地，该移动装置可以是薄的膝上型计算机、平板PC或者智能平板电脑；然而，移动装置不限于此。
而且，二次电池组可以被用作用于电动车辆(EV)、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)或者蓄电装置的电源。
在本发明所属的领域中公知上述装置或者设备，并且因此，其详细描述将会被省略。
附图说明
结合附图并根据下面的详细描述，将会更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特点和其它优点，在附图中：
图1是示出根据本发明的实施例的电池组的分解透视图；
图2是示出在根据本发明的实施例的电池单元处形成保护涂层的方法的典型视图；
图3是示出根据本发明的实施例的电池单元的上端的局部透视图；
图4是图3的局部侧视图；
图5是示出在活化电池单元的充电过程期间所使用的连接销被联接到的电池单元的前视图；
图6是示出电池单元、保护涂层以及绝缘带的分解透视图；
图7是示出电池单元的下端的局部透视图；
图8是示出根据本发明的另一实施例的圆柱状电池单元和保护涂层的分解透视图；并且
图9是示出根据本发明的实施例的圆柱状电池单元的底部的底视图。
具体实施方式
现在，将会参考附图详细地描述本发明的优选实施例。然而，应注意的是，本发明的范围不受到图示实施例的限制。
图1是示出根据本发明的实施例的电池组的分解透视图，并且图2是示出在根据本发明的实施例的电池单元处形成保护涂层的方法的典型视图。
参考这些附图，根据本发明的二次电池组100包括电池单元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以及具有施加有保护涂层155的电池壳体150。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被顺序地安装到电池单元110的顶部。
绝缘安装构件220被设置有开口(未示出)，通过该开口电池单元110的电极端子253和254被暴露。绝缘安装构件220被直接地装载在电池单元110的顶部上。通过使用粘合剂，绝缘安装构件220可以被联接到电池单元110的顶部。
在连接构件210和212和保护电路板230被装载在绝缘顶帽240的状态下，绝缘顶帽240被联接到电池单元110的上端同时包围绝缘安装构件220。而且，绝缘顶帽240向下延伸预定的长度以包围电池单元110的上端的外周。
例如，如在图2中所示，通过使用喷雾器250将含有绝缘聚合物材料的涂料溶液喷涂到电池单元110的外表面上并且使涂料溶液干燥，可以形成保护涂层155。
图3是示出电池单元的上端的局部透视图，图4是图3的局部放大侧视图，图5是示出在活化电池单元的充电过程期间所使用的连接销被联接到的电池单元的前视图，图6是示出电池单元、保护涂层以及绝缘带的分解透视图，并且图7是示出电池单元的下端的局部透视图。
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的长度h的未被涂覆的边缘部分151的状态下，保护涂层155(参见图2)被形成在电池壳体150的整个表面处。通过在绝缘材料(未示出)被暂时地施加到电池壳体150的状态下涂覆电池壳体150并且去除绝缘材料，来形成未被涂覆的边缘部分151。
此外，如下地制造具有阴极/分隔物/阳极结构的电极组件的电池单元110，该电池单元110在密封状态下与电解质一起被布置在由铝制成的电池壳体150中。首先，在被用于活化电池单元110的充电销160和161被连接到的连接开口部分162被形成在电池壳体150的底部159处的状态下，保护涂层155被形成在电池壳体150的整个表面处。随后，电极组件被安装在电池壳体150中，在帽板152的上方沿着电池单元110的外周(参见图3中示出的箭头)在电池壳体150的敞开的上端处执行激光焊接，通过帽板152的电解质注入口153注入电解质，并且电池单元被活化。随后，电解质被补充，并且然后电解质注入口153被密封。
在平面中，连接开口部分162被形成为四边形形状。替代地，在平面中，连接开口部分162可以被形成为各种形状。
通过在绝缘材料(未示出)被施加到电池壳体150的底部的一部分的状态下在电池壳体150处形成保护涂层155并且去除绝缘材料，来形成连接开口部分162。
最后，通过使用绝缘构件165诸如绝缘带来密封连接开口部分162。
在第一充电销160被连接到帽板152的上电极端子131并且第二充电销161被连接到电池壳体150的连接开口部分162的状态下，执行电池单元活化过程。
因此，通过提供连接开口部分162，容易地实现第二充电销161的连接。
图8是示出根据本发明的实施例的圆柱状电池单元和保护涂层的分解透视图，并且图9是示出根据本发明的实施例的圆柱状电池单元的底部的底视图。
参考这些附图，圆柱状电池单元300具有在密封状态下与电解质一起布置在圆柱状电池壳体350中的电极组件。在电池壳体350的除了与用于活化电池单元300的充电销(未示出)连接的连接开口部分360之外的整个表面处形成保护涂层500。
阴极端子320被形成在圆柱状电池单元300的顶部310处，使得在阴极端子320与电池壳体350隔离的状态下阴极端子320向上突出。阳极端子330被形成在电池单元300的底部处。
在电池壳体350的除了圆柱状电池单元300的连接开口部分360之外的整个表面处形成保护涂层500的方法与以上已经参考图1至图7描述的内容相同，除了未被涂覆的边缘部分151(参见图4)被形成以外，并且因此，其描述将会被省略。
尽管为了说明性目的已经公开了本发明的优选性实施例，但本领域的技术人员将会认识到，在不脱离如本发明的所附权利要求书中公开的精神和范围的情况下，各种变型、添加和替代是可能的。
本发明的有益效果
根据上面的描述显然的是，在必要时连接开口组件被设置在电池壳体的特定区域处的状态下，包含电绝缘的聚合物材料的保护涂层被形成在电池壳体的整个表面处，从而改善电池壳体的耐蚀性、耐磨性以及绝缘性。
而且，将标签附接到电池壳体的外表面的附加过程不是必需的，从而容易地制造电池单元并且提供比具有相同标准的其它电池单元的容量大的容量。

Claims (21)

1.一种电池单元，包括：
具有阴极/分隔物/阳极结构的电极组件，所述电极组件被浸渍有电解质，所述电极组件能够充电和放电；
电池壳体，所述电极组件被安装在所述电池壳体中，所述电池壳体由铝或者铝合金制成；以及
保护涂层，所述保护涂层被施加到所述电池壳体的外表面的至少一部分，所述保护涂层包含电绝缘的聚合物材料。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，通过将作为底漆的丙烯酸树脂和作为涂层基础材料的聚氨基甲酸酯树脂施加到所述电池壳体并且使所述丙烯酸树脂和所述聚氨基甲酸酯树脂干燥，来形成所述保护涂层。
3.根据权利要求1所述的电池单元，其中，通过将作为底漆的环氧树脂和作为涂层基础材料的丙烯酸树脂施加到所述电池壳体并且使所述环氧树脂和所述丙烯酸树脂干燥，来形成所述保护涂层。
4.根据权利要求1所述的电池单元，其中，通过将丙烯酸树脂和硅树脂的混合溶液施加到所述电池壳体并且使用硬化剂硬化所述混合溶液，来形成所述保护涂层。
5.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电池壳体是棱柱状电池壳体。
6.根据权利要求5所述的电池单元，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被涂覆的边缘部分的状态下，所述保护涂层被施加到所述电池壳体的外表面。
7.根据权利要求6所述的电池单元，其中，所述未被涂覆的边缘部分从所述电池壳体的上端的外周向下延伸0.5mm至5mm的长度。
8.根据权利要求6或7所述的电池单元，其中，通过在绝缘材料被施加到所述电池壳体或者绝缘物或绝缘带被安装或附接到所述电池壳体的状态下在所述电池壳体处形成所述保护涂层并且去除所述绝缘材料、所述绝缘物或者所述绝缘带，来形成所述未被涂覆的边缘部分。
9.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述保护涂层具有0.01mm至0.05mm的厚度。
10.根据权利要求5所述的电池单元，其中，在如下状态下执行在所述电池单元的制造期间实施的电池单元活化过程，即：阴极充电销和阳极充电销被连接到所述电池单元的上端，并且遍及所述电池壳体的底部施加所述保护涂层。
11.根据权利要求5所述的电池单元，其中，在如下状态下执行在所述电池单元的制造期间实施的电池单元活化过程，即：阳极(或者阴极)充电销被连接到所述电池单元的上端并且阴极(或者阳极)充电销被连接到所述电池单元的下端，并且所述保护涂层被施加到所述电池壳体的除了与所述阴极(或者阳极)充电销连接的所述连接开口部分之外的底部。
12.根据权利要求11所述的电池单元，其中，通过在绝缘材料被施加到所述电池壳体的底部的一部分或者绝缘物或绝缘带被安装或附接到所述电池壳体的底部的一部分的状态下在所述电池壳体处形成所述保护涂层并且去除所述绝缘材料、所述绝缘物或者所述绝缘带，来形成所述连接开口部分。
13.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电池壳体是圆柱状电池壳体。
14.根据权利要求1所述的电池单元，其中，遍及所述电池壳体的侧面施加所述保护涂层。
15.根据权利要求13所述的电池单元，其中，在如下状态下执行在所述电池单元的制造期间实施的电池单元活化过程，即：阴极(或者阳极)充电销被连接到所述电池单元的上端并且阳极(或者阴极)充电销被连接到所述电池单元的下端，并且所述保护涂层被施加到所述电池壳体的除了与所述阳极(或者阴极)充电销连接的连接开口部分之外的底部。
16.根据权利要求14所述的电池单元，其中，通过在绝缘材料被施加到所述电池壳体的底部的一部分或者绝缘物或绝缘带被安装或附接到所述电池壳体的底部的一部分的状态下在所述电池壳体处形成所述保护涂层并且去除所述绝缘材料、所述绝缘物或者所述绝缘带，来形成所述连接开口部分。
17.根据权利要求12或15所述的电池单元，其中，在所述电池单元活化过程之后，使用绝缘构件来密封所述连接开口部分。
18.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述电池单元是锂二次电池单元。
19.一种二次电池组，包括被安装在电池组壳体中的根据权利要求1所述的电池单元。
20.根据权利要求19所述的二次电池组，其中，所述二次电池组是嵌入式电池组。
21.一种移动装置，包括根据权利要求20所述的二次电池组，所述二次电池组被嵌入在所述移动装置中作为电源。
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