CN105684183A - 包括用于保护电极突片-引线接合部的膜件的袋状电池单元 - Google Patents

包括用于保护电极突片-引线接合部的膜件的袋状电池单元 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种袋状电池单元，其特征在于：电极组件被嵌入在层压片的电池单元壳体中，所述层压片包括材料阻隔金属层和可热熔的第一树脂层；在电极组件的电极突片连接到作为电极端子的电极引线的状态下，电极引线突出到电池单元壳体外部；电池单元壳体的外周面通过第一树脂层的热熔被密封；并且具有与第一树脂层相同材料的膜件包封电极突片和电极引线的接合部。

Description

包括用于保护电极突片-引线接合部的膜件的袋状电池单元
技术领域
本发明涉及包括用于保护电极突片-电极引线接合部的膜件的袋状电池单元。
背景技术
随着移动设备的逐渐发展，以及对于此类移动设备的需求增加，对二次电池的需求也急剧增加。在这些二次电池中，锂二次电池具有高能量密度和工作电压以及优良的电荷保持和服役寿命特性，因此其已被广泛用作用于各种电子产品以及移动设备的能量来源。
根据外观，锂二次电池通常可以分类为圆柱形电池、棱柱形电池或袋状电池。基于电解质的类型，锂二次电池也可分为锂离子电池、锂离子聚合物电池或锂聚合物电池。
近来，移动设备的小型化趋势增加了对于小厚度棱柱形电池或袋状电池的需求。特别是，由于袋状电池的形状易于改变，制造成本低廉，且重量较小，因此人们对于这样的袋状电池的兴趣日益增加。
通常而言，袋状电池是这样电池：其具有以密封状态容纳在袋状电池壳体中的电极组件和电解质，袋状电池壳体由包括树脂层和金属层的层压片制成。安装在电池壳体中的电极组件可以被构造成具有果冻卷(缠绕)型结构、堆叠型结构、或组合(堆叠/折叠)型结构。
图1是典型地示出包括堆叠型电极组件的袋状二次电池的结构的视图。
参照图1，袋状二次电池10被构造成具有如下结构，其中电极组件30以密封状态安装在袋状电池壳体20中，使得电连接到电极组件30的正电极突片31和负电极突片32的两个电极引线40和41向外露出，电极组件30包括正电极、负电极以及分别布置在正电极和负电极之间的分隔物，每个分隔物覆盖有固体电解质。
电池壳体20包括壳体本体21和盖22，壳体本体21具有电极组件30位于其中的凹陷的接收部23，盖22一体地连接到壳体本体21。
虽然未示出，但电池壳体可包括下壳体和上壳体，该下壳体具有电极组件位于其中的凹陷的接收部分，该上壳体作为下壳体的盖用于密封电极组件。
电池壳体20可以由层压片制成，该层压片包括用于防止材料渗透的金属层20a和用于密封的内树脂层20b。
堆叠型电极组件30的正电极突片31和负电极突片32分别通过焊接联接到电极引线40和41。此外，绝缘膜50可以被附接到电极引线40和41中每一个的顶部和底部，以防止热焊接设备(未示出)与电极引线40和41之间的短路的发生，并且当使用热焊接设备将壳体本体21的上端24和盖22的上端热焊接到彼此时确保电极引线40和41与电池壳体20之间的密封。
但是，与圆柱形电池相比，袋状电池单元的外部冲击抗性较低。此外，当外力被施加到袋状电池单元的电极突片-电极引线接合部，或构成电池壳体的层压片的内树脂层的厚度较小时，绝缘电阻可能减小，或者可能会发生短路。此外，即使当绝缘膜附接到电极引线时，也可能通过绝缘膜和电极引线之间的间隙发生泄漏。
同时，公开了一种被构造成具有如下结构的电池单元，其中将保护带附接到电极突片-电极引线接合部用于保护该电极突片-电极引线接合部。但是，在这种结构中，保护带由于在电池壳体通过热结合密封时产生的热而变形或损坏，导致绝缘不良。
发明内容
技术问题
本发明致力于解决上述问题和尚未解决的其它技术问题。
本发明的一个目的是提供一种构造成具有如下结构的袋状电池单元，其中，膜件覆盖电池单元的电极突片-电极引线接合部，从而防止由于高温造成的绝缘电阻的降低以及发生泄漏和膨胀，从而提高电池单元的安全性。
技术解决方案
根据本发明的一个方面，上述和其它目的可通过提供一种构造成具有如下结构的袋状电池单元来实现，其中，电极组件被安装在由层压片制成的电池单元壳体中，层压片包括用于防止材料渗透的金属层和能够热结合的第一树脂层，在电极组件的电极突片连接到用作电极端子的电极引线的状态下，电极引线从电池单元壳体向外突出，电池单元壳体的外边缘通过第一树脂层的热结合被密封，并且由与第一树脂层相同的材料制成的膜件覆盖电极突片-电极引线接合部。
也就是说，根据本发明的袋状电池单元被构造成具有如下结构，其中膜件覆盖电极突片-电极引线接合部，由此通过膜件保护电极突片-电极引线接合部。在这种情况下，膜件由与层压片的可热结合的第一树脂层相同的材料制成。因此，即使在热结合电池单元壳体时发生干扰，也能够防止由于高温造成的绝缘破坏、泄漏和膨胀的发生。
除了金属层和第一树脂层之外，层压片可以进一步包括用作外包覆层的第二树脂层。第二树脂层可以将金属层与外部隔离。此外，第二树脂层可以由具有高耐久性和刚性的材料制成，以从外部保护电池单元壳体。
在具体的示例中，第一树脂层可以由电绝缘树脂制成。用于第一树脂层的材料不受特别限制，只要用于第一树脂层的材料可热结合且不影响电池单元的操作。例如，第一树脂层可以由具有高刚性、对重复疲劳的高抗性和高耐化学性的聚丙烯基树脂层制成。
具体而言，第一树脂层可包括具有高热结合性的流延聚丙烯(CPP)。因此，膜件可包括流延聚丙烯。
覆盖电极突片-电极引线接合部的膜件的形状不受特别限制。例如，膜件可以包括设置在电极突片-电极引线接合部处的两个粘附膜，并且两个粘附膜可在覆盖电极突片-电极引线接合部的同时彼此附接。
在另一实例中，膜件可以包括设置在电极突片-电极引线接合部处的一个粘附膜，并且粘附膜可以附接到电极突片-电极引线接合部，以覆盖电极突片-电极引线接合部。
膜件可具有足够的尺寸，以覆盖电极突片-电极引线接合部。膜件可以具有与电极突片-电极引线接合部的宽度至少相等的宽度。
具体地，膜件的宽度可以等于电极突片-电极引线接合部的宽度的100％至200％。即，膜件的宽度可以在电极突片-电极引线接合部的宽度的100％至200％的范围内，使得膜件完全覆盖电极突片-电极引线接合部。
在膜件的纵向方向(即高度方向)的下端与电极突片-电极引线接合部的下端对齐或比电极突片-电极引线接合部的下端更向下地延伸的状态下，膜件可以附接到电极突片-电极引线接合部。此外，在膜件的纵向方向(即高度方向)的上端被定位成高于电极突片-电极引线接合部的上端的状态下，膜件可以覆盖电极突片-电极引线接合部。这种结构的具体示例如下。
在第一示例中，绝缘膜可被布置在电极引线和电池单元壳体的密封部之间，并且膜件可被附接成使得膜件的纵向方向(即，高度方向)的上端覆盖一部分绝缘膜。
在第二实例中，绝缘膜可被布置在电极引线和电池单元壳体的密封部之间，并且膜件可被附接成使得膜件的纵向方向(即，高度方向)的上端覆盖全部绝缘膜。
在第三示例中，绝缘膜可被布置在电极引线和电池单元壳体的密封部之间，并且膜件可被附接成使得膜件的纵向方向(即，高度方向)的上端接触绝缘膜的下端。
膜件可以具有40微米至60微米的厚度。如果该膜件的厚度过大，在热收缩期间可能产生高张力，这导致附接强度可能降低，这是不希望的。另一方面，如果该膜件的厚度过小，物理性能可能会降低，这也是不希望的。
同时，膜件可被构造成具有其粘附层被添加到由与第一树脂层相同的材料制成的基底的结构，以提高粘合度。用于粘附层的材料不受特别限制，只要该粘附层呈现出高粘合度，同时不与电池单元中的电解质发生反应。例如，粘附层可以由丙烯酸树脂制成。
基底和粘附层可以各自具有适当的厚度，以有效地呈现基底的物理性质和粘附层的粘合性能。在具体的示例中，如前面提到的，膜件可以具有40微米至60微米的厚度。在这种情况下，基底可以具有35微米至45微米的厚度，并且粘附层可以具有5微米至15微米的厚度。
电池单元可以是锂离子电池单元或锂离子聚合物电池单元。然而，本发明不限于此。
按照本发明的另一个方面，提供了一种电池组，该电池组包括一个或更多个具有上述结构的电池单元。具体地，电池组可以被构造成具有其中一个电池单元被安装的结构或其中多个电池单元彼此串联和/或并联连接以提供高输出和大容量的结构。
按照本发明的又一个方面，提供了包括具有上述结构的电池组的设备。该设备可以从下列中进行选择：移动电话、便携式计算机、智能电话、平板PC、智能平板、上网本计算机、小型电动车辆(LEV)、电动车辆、混合电动车辆、插电式混合电动车辆和电力存储装置。
附图说明
根据下文并结合附图，可以更清楚地理解本发明的以上和其它目的、特征和其它优点，其中：
图1是示出传统袋状电池单元的分解透视图；
图2是示出根据本发明的一个实施例的结构的典型视图，其中膜件被附接到每个电极突片-电极引线接合部；
图3是示出图2的部分A的放大视图；
图4是示出图2的电池单元壳体的剖视图和示出膜件的剖视图；并且
图5至7是示出根据本发明的其它实施例的结构的典型视图，其中膜件被附接到电极突片-电极引线接合部。
具体实施方式
现在，将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。但是，应理解本发明的范围不受图示实施例限制。
为了便于描述，附图中主要示出了电池单元壳体中的电极组件和电极突片-电极引线接合部。
图2是示出根据本发明的一个实施例的结构的典型视图，其中膜件被安装到每个电极突片-电极引线接合部，图3是示出图2的部分A的放大视图，并且图4是示出图2的电池单元壳体的剖视图和示出膜件的剖视图。
参照这些图，袋状电池单元100被构造成具有这样的结构：电极组件110被安装在电池单元壳体120中。由层压片制成的电池单元壳体120包括金属层127和第一树脂层128。电池单元壳体120的外边缘通过第一树脂层128的热结合来进行密封。
在电极组件110的电极突片112连接至电极引线130的状态下，电极引线130从电池单元壳体120向外突出。电极突片112和电极引线130之间的接合部被膜件140覆盖，使得电极突片112和电极引线130之间的接合部由膜件140加以保护。
层压片被构造成具有这样的结构：其包括用于防止材料渗透的金属层127、可热结合的第一树脂层128和用作外包覆层的第二树脂层129。第二树脂层129将金属层127与外部隔离。此外，第二树脂层129由具有高耐久性和刚性的材料制成，以保护电池单元壳体120免受外部影响。
第一树脂层128是聚丙烯基树脂层，其对重复疲劳具有高抗性，且具有高耐化学性。第一树脂层128包括流延聚丙烯(CPP)。
每个膜件140包括流延聚丙烯层。每个膜件140具有足够的尺寸来覆盖电极突片112和电极引线130之间的对应的一个接合部S。每个膜件140被安装到电极突片112和电极引线130之间的对应的一个接合部S。每个膜件140包括两个粘附膜。两个粘附膜在覆盖电极突片112和电极引线130之间的对应的一个接合部S的同时彼此附接。
此外，每个膜件140进一步包括粘附层144，所述粘附层144由丙烯酸树脂制成，且形成在流延聚丙烯层142上，用于提高粘合度。每个膜件140具有50微米的厚度W。具体地，流延聚丙烯层142具有40微米的厚度，粘附层144具有10微米的厚度。
图5至7是示出根据本发明的其它实施例的结构的典型视图，其中，膜件被附接到电极突片-电极引线接合部。
参照这些附图，每个膜件被构造成具有如下结构：膜件的纵向方向(即，高度方向)上的下端被附接到电极突片和电极引线之间的联接部的下端，从而膜件的下端覆盖电极突片和电极引线之间的联接部的下端；膜件的纵向方向(即，高度方向)上的上端被定位成高于电极突片和电极引线之间的联接部的上端。
首先参照图5，绝缘膜150被布置在电池单元壳体的密封部和电极引线130之间，并且膜件240被构造成具有如下结构：膜件240的纵向方向(即，高度方向)上的上端被附接成覆盖一部分绝缘膜150。
参照图6，绝缘膜150被布置在电池单元壳体的密封部和电极引线130之间，并且膜件340被构造成具有如下结构：膜件340的纵向方向(即，高度方向)上的上端接触绝缘膜150的下端。
首先参照图7，绝缘膜150被布置在电池单元壳体的密封部和电极引线130之间，并且膜件440被构造成具有如下结构：膜件440的纵向方向(即，高度方向)上的上端被附接成覆盖全部绝缘膜150。
<实验例1>
膜件由流延聚丙烯(CPP)制成。如图3所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：a)。如图5所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：b)。如图6所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：c)。如图7所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：d)。在高温高湿环境下，进行了绝缘电阻和泄漏测试，并且进行了膨胀测试。
<比较例1>
膜件由聚酰亚胺(PI)制成。如图3所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：a)。如图5所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：b)。如图6所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：c)。如图7所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：d)。在高温高湿环境下，进行了绝缘电阻和泄漏测试，并且进行了膨胀测试。
<比较例2>
膜件由定向聚丙烯(OPP)制成。如图3所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：a)。如图5所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：b)。如图6所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：c)。如图7所示，膜件被附接成覆盖电极突片-电极引线接合部S(附接位置：d)。在高温高湿环境下，进行了绝缘电阻和泄漏测试，并且进行了膨胀测试。
下表1中示出了实验例1、比较例1和比较例2的实验结果。
[表1]
从表1中能够看出，在膜件由聚酰亚胺或定向聚丙烯制成的情况下，在膜件附接成覆盖一部分绝缘膜或全部绝缘膜时，绝缘电阻、泄漏和膨胀情况处于危险状态或较差状态。
此外能够看出，在膜件由聚酰亚胺制成的情况下，在膜件附接成使得膜件的上端接触绝缘膜的下端时，绝缘电阻较差。
但是能够看出，在膜件由流延聚丙烯制成的情况下，无论附接位置和范围如何，绝缘电阻、泄漏和膨胀情况均为良好。
尽管为了说明目的已经公开了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员应理解，在不偏离所附权利要求中公开的发明的范围和精神的情况下各种修改、增加和替换都是可能的。
工业应用性
如从以上描述显而易见的，根据本发明的袋状电池单元包括这样的结构，其中膜件覆盖电极突片-电极引线接合部，从而电极突片-电极引线接合部被膜件保护。
此外，在根据本发明的袋状电池单元中，膜件由与层压片的可热结合第一树脂层相同的材料制成。因此，即使在热结合电池单元壳体时发生干扰，也能够防止由于高温造成的绝缘破坏、泄漏和膨胀，从而提高电池单元的安全性。

Claims (18)

1.一种袋状电池单元，所述袋状电池单元被构造成具有如下结构，其中：
电极组件被安装在由层压片制成的电池单元壳体中，所述层压片包括用于防止材料渗透的金属层和可热结合的第一树脂层，
在所述电极组件的电极突片连接到用作电极端子的电极引线的状态下，所述电极引线从所述电池单元壳体向外突出，
所述电池单元壳体的外边缘通过所述第一树脂层的热结合来进行密封，并且
由与所述第一树脂层相同的材料制成的膜件覆盖电极突片-电极引线接合部。
2.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，除了所述金属层和所述第一树脂层之外，所述层压片还包括用作外包覆层的第二树脂层。
3.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，所述第一树脂层由聚丙烯基树脂制成。
4.根据权利要求3所述的袋状电池单元，其中，所述聚丙烯基树脂包括流延聚丙烯(CPP)。
5.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，所述膜件包括设置在所述电极突片-电极引线接合部处的两个粘附膜，所述两个粘附膜在覆盖所述电极突片-电极引线接合部的同时彼此附接。
6.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，所述膜件包括设置在所述电极突片-电极引线接合部处的一个粘附膜，所述粘附膜被附接到所述电极突片-电极引线接合部，以覆盖所述电极突片-电极引线接合部。
7.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，所述膜件的宽度至少等于所述电极突片-电极引线接合部的宽度。
8.根据权利要求7所述的袋状电池单元，其中，所述膜件的宽度等于所述电极突片-电极引线接合部的宽度的100％至200％
9.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，在所述电极引线和所述电池单元壳体的密封部之间布置有绝缘膜，并且所述膜件被附接成使得所述膜件的纵向方向(即，高度方向)的上端覆盖一部分所述绝缘膜。
10.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，在所述电极引线和所述电池单元壳体的密封部之间布置有绝缘膜，并且所述膜件被附接成使得所述膜件的纵向方向(即，高度方向)的上端覆盖全部所述绝缘膜。
11.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，在所述电极引线和所述电池单元壳体的密封部之间布置有绝缘膜，并且所述膜件被附接成使得所述膜件的纵向方向(即，高度方向)的上端接触所述绝缘膜的下端。
12.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，所述膜件具有40毫米至60毫米的厚度。
13.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，所述膜件被构造成具有如下结构：粘附层被添加到由与所述第一树脂层相同的材料制成的基底。
14.根据权利要求13所述的袋状电池单元，其中，所述粘附层由丙烯酸树脂制成。
15.根据权利要求13所述的袋状电池单元，其中，所述基底具有35毫米至45毫米的厚度，并且所述粘附层具有5毫米至15毫米的厚度。
16.根据权利要求1所述的袋状电池单元，其中，所述袋状电池单元是锂二次电池。
17.一种包括一个或更多个根据权利要求1所述的电池单元的电池组。
18.一种包括根据权利要求17所述的电池组的设备。
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