CN106611832A - 电池单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电池单元，包括：电极组件；袋包，该袋包中容纳电极组件；以及电极引线，其包括伸出到袋包外部的外引线和布置在外引线和电极组件之间且容纳在袋包中的内引线，内引线在其将电极组件和外引线彼此连接的方向上弯曲多次，并且由袋包的膨胀力切断。

Description

电池单元

技术领域

本发明涉及一种电池单元，更具体涉及一种能够在发生过度充电时阻断电流流动的袋式电池单元。

背景技术

随着诸如摄像机，手机，个人计算机(PC)，平板电脑等便携式电子产品的使用的增加，用作这些产品的驱动电源的二次电池的重要性已经增大。

人们已经根据最先进的领域，例如数码相机、移动电话、笔记本电脑、电动工具、电动自行车、电动车辆、混合动力车辆、大容量电力储存等的发展，对可充电和放电的二次电池进行了积极地研究。

具体地，锂二次电池具有比诸如现有的铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池等其它二次电池更高的每单位重量的能量密度，并且可进行快速充电。因此，锂二次电池的使用得以增长。

具有3.6V以上工作电压的锂二次电池用作便携式电子设备的电源，或者在高输出电动车辆、混合动力车辆、电动工具、电动自行车、电力储存、不间断电源(UPS)等中使用多个彼此串联连接或并联连接的锂二次电池。

由于锂二次电池具有比镍镉电池或镍氢电池的工作电压高三倍的工作电压，并且具有比镍镉电池或镍氢电池更好的每单位重量的能量密度特性，因此锂二次电池的使用得以快速增长。

使用液体电解质的锂离子电池，通常以利用具有圆柱形状或者棱柱形状的金属罐作为容器进行焊接并密封的形式被使用。将金属罐用作容器的罐式二次电池具有固定的形式，其限制利用罐式二次电池作为电源的电子产品的设计，并难以减小电子产品的体积。因此，人们已开发出并使用将电极组件和电解质放入由膜形成的袋包中并进行密封的袋式二次电池。

然而，在锂二次电池过热的情况下，存在锂二次电池爆炸的风险，因此以稳定的方式封装锂二次电池非常重要，从而避免爆炸。

使锂二次电池产生过热的原因有很多。其中一个原因是限值以上的过电流流经锂二次电池。当过电流流动时，由于焦耳热，锂二次电池中会产生热量，使得锂二次电池的内部温度迅速升高。此外，内部温度的快速升高会引起电解质溶液的分解反应，从而产生热失控(thermal runaway)，这将导致锂二次电池爆炸。在尖锐的金属物体穿透锂二次电池的情况下，在由于介于阳极和阴极之间的分隔板的收缩而导致阳极和阴极之间的绝缘被破坏的情况下，或者是在由于连接到外部的充电电路或负载的异常而导致冲击电流被施加到锂二次电池的情况下，都会产生过电流。

因此，为了保护锂二次电池，以使其免受诸如产生过电流等异常情况，在锂二次电池与保护电路相连的状态下使用锂二次电池，并且保护电路通常包括能在产生过电流时不可逆地断开充电电流或放电电流通过的线路的熔丝元件。然而，在熔丝元件发生故障的情况下，配置电池模块和/或电池组的锂二次电池，即，电池单元的内部压力将持续增加，因此存在例如着火、爆炸等风险。

因此，需要在电池单元的内部压力增大时更安全地切断电流的流动以确保安全。

发明内容

本发明的一个方面提供一种能够在电池单元被过度充电时，自动切断施加至电池单元的电流的电极引线。

本发明的又一方面还提供一种无需使用单独的电源或控制器，仅通过机械操作即可切断施加至电池单元的电流的技术。

本发明的又一方面还提供一种具有电流切断功能，并且能够被形成在一体型中的电极引线。

本发明的又一方面还提供一种通过使电流流经的路径最小来减小电阻的技术。

本发明的实施方式不限于上述方面。即，从下文描述中，本领域的技术人员可显而易见地明白本发明未提及的其他方面。

根据本发明的示例性实施方式，一种电池单元，包括：电极组件；袋包，该袋包中容纳电极组件；以及电极引线，其包括伸出到袋包外部的外引线和布置在外引线和电极组件之间且容纳在袋包中的内引线，内引线在其将电极组件和外引线彼此连接的方向上弯曲多次，并且由袋包的膨胀力切断。

根据本发明的另一个示例性实施例，一种电池单元包括：电极组件；袋包，该袋包中容纳电极组件；以及电极引线，其包括伸出到袋包外部的外引线，以及布置在外引线与电极组件之间并容纳在袋包中的内引线，其中，内引线具有与袋包相结合的两个表面，并被弯曲成“S”形。

其他实施例的详细内容将在具体实施方式中进行说明，并在附图中示出。

附图说明

从下文结合附图的详细描述中，本发明的上述及其他目标、特征和优势将变得更加显而易见，其中：

图1是根据本发明示例性实施例的电池单元的俯视图；

图2A是根据本发明示例性实施例的电极引线在被组装前的俯视图；图2B是与图2A不同的电极引线在组装前的俯视图；

图3是示出根据本发明另一个示例性实施例的电极引线与袋包彼此结合的状态的俯视图；

图4A是当电池单元处于正常状态且电极引线与图2A相对应时，沿着图3的C-C线切开的横截面图；

图4B示出袋包膨胀以便切断电极引线的电池单元的状态；

图4C示出袋包在膨胀后收缩的电池单元的状态；

图5A是当电池单元处于正常状态且电极引线与图2B中相对应时，沿着图3的C-C线剖切的截面图；

图5B示出袋包膨胀以便切断电极引线的电池单元的状态；并且

图5C示出袋包在膨胀后收缩的电池单元的状态。

附图标记说明：

10:电池单元

11:电极组件

14:袋包

300:电极引线

具体实施方式

应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他相似术语包括一般的机动车辆，例如包括运动型多用途车(SUV)、公交车、卡车、各式商用车辆在内的载客车辆，包括各种艇和船在内的水运工具，以及航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其他代用燃料车辆(例如，从石油以外的资源取得的燃料)。如本文所述，混合动力车辆是具有两种或多种动力源的车辆，例如，同时汽油驱动和电驱动的车辆。

本文所使用的专有名词仅是为了说明特定实施例的目的，而非意在限制本发明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚表明，单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也包括复数形式。还将理解的是，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或添加。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项目的任何或全部组合。

贯穿说明书，除非特定说明与之相反，否则词语“包括”及各种变形例如“包含”或“含有”将被理解成意指包括所述元件，但是不排除任意其他元件。此外，在本说明书中描述的术语“单元”、“-者”、“-器”以及“模块”意味着用于处理至少一个功能和操作的单元，并且其可以硬件组件或软件组件和其二者的结合进行实施。

此外，本发明的控制逻辑可实施为包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中，以便例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(CAN)，以分布方式存储和执行计算机可读介质。

从下文参考附图进行的示例性实施例的描述中，本发明的各种优势和特征以及实现这些优势和特征的方法将变得显而易见。

然而，本发明不限于下文将进行描述的示例性实施例，而是可以各种不同的形式进行实施，本文将提供这些示例性实施例仅用于使本发明完整并且允许本领域的技术人员完整地理解本发明的范围，并且本发明将通过权利要求的范围进行界定。贯穿说明书，相同的附图标记表示相同的元件。

在下文中，将参考附图描述根据本发明的示例性实施例的电池单元。

图1是根据本发明一个示例性实施例的电池单元的俯视图。

参考图1，电池单元10包括电极组件11；一对电极引线300；袋粘合层310；以及袋包14。

电极组件11包括阴极板、阳极板、分隔器和电极片(tab)T。电极组件11可以是通过在堆叠的阴极板和阳极板之间插入分隔器而形成的堆叠式电极组件。

此外，电极组件11也可以被形成为果冻卷(jelly-roll)型。

可通过将阴极活性材料涂布在由铝(Al)制成的收集板上来形成阴极板。此外，可通过将阳极活性材料涂布在由铜(Cu)制成的收集板上来形成阳极板。

与电极板，即阴极板或阳极板一体形成的电极片T，与电极板11a和11b中未涂布电极活性材料的未涂布区相对应。具体地，电极片T包括与阴极板中未涂布阴极活性材料的区域相对应的阴极片，以及与阳极板中未涂布阳极活性材料的区域相对应的阳极片。

作为薄平板金属的电极引线300附接在电极片T上，并且从电极组件11向外延伸。电极引线300包括附接在阴极片上的阴极引线和附接在阳极片上的阳极引线。阴极引线和阳极引线可根据阴极片和阳极片的位置，沿相同方向或相反方向延伸。

沿宽度方向附接在电极引线300的外周且介于电极引线300与袋包14的内表面之间的袋粘合层370，由具有绝缘性和热熔性的薄膜形成。袋粘合层370可以是由一个或多个选自聚酰亚胺(PI)，聚丙烯(PP)，聚乙烯(PE)，聚对苯二甲酸乙酯(PET)等的材料制成的层(单层或多层)。

袋粘合层370防止电极引线300和袋包14的金属层之间发生短路。此外，袋粘合层370用于提高袋包14在电极引线300被引出区域的密封力。

即，由于由金属板形成的电极引线300和袋包14的内表面彼此并未进行良好的粘合，因此，即使将袋包14的边缘区域B进行加热熔合以密封袋包，引出电极引线300的区域的密封性能也将劣化。此外，在将镍(Ni)涂布在电极引线300的表面上的情况下，这种密封性劣化的现象将加剧。

因此，在电极引线300和袋包14的内表面之间插入袋粘合层370，从而能够提高电池单元10的密封性。

通过将边缘区域B加热熔化来密封袋包14，从而在将电极组件11容纳于袋包14中以便将电极引线300引出至袋包14的外部的状态下，使第一表面14a和第二表面14b彼此接触。

为了确保袋包14具有良好的热熔性、保持形状及保护电极组件11的刚度、以及绝缘性，袋包14可具有多层结构。例如，袋包14可具有多层结构，包括位于最内侧以面向电极组件11的第一层、位于最外层从而直接暴露于外部环境中的第二层、以及介于第一层和第二层之间的第三层。

在此情况下，例如，第一层可以由具有对电解质溶液耐腐蚀特性、具有绝缘性以及热熔性的材料，例如聚丙烯(PP)制成；第二层可以由具有用于保持形状的刚度和绝缘性的材料，例如聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)制成；并且第三层可由诸如铝(Al)的金属材料制成。

在诸如发生短路、过充电等异常情况下，电池单元中会产生气体。当异常情况未得到解决时，气体将导致袋包14膨胀，并可能导致袋包14爆炸。

图2A是根据本发明一个示例性实施例的电极引线300a或300b在组装之前的俯视图；图2B是与图2A不同的电极引线300a或300b在组装之前的俯视图；图3是示出根据本发明另一示例性实施例的电极引线300a或300b与袋包14彼此结合的状态的俯视图。

参考图2A至图3，根据本示例性实施例的电池单元10包括：电极组件11；其中容纳电极组件11的袋包14；以及电极引线300a或300b，其包括伸出到袋包14外部的外引线310a或310b，以及布置在外引线310a或310b和电极组件11之间且容纳在袋包14中的内引线320a或320b，内引线320a或320b具有与以最短长度将电极组件11与外引线310a或310b彼此连接的直线平行的长度方向，并且内引线320a或320b由袋包14的膨胀力切断。

根据本示例性实施例的电池单元10包括：电极组件11；其中容纳电极组件11的袋包14；以及电极引线300a或300b，其包括伸出到袋包14外部的外引线310a或310b，以及布置在外引线310a或310b与电极组件11之间并且容纳在袋包14中的内引线320a或320b，其中内引线320a或320b具有与袋包14相结合的两个表面，并被弯曲成“S”形。

袋包14具有面向彼此的第一表面14a和第二表面14b，内引线320a或320b包括：第一内引线321a或321b，其与外引线310a或310b连接并与第一表面14a相结合；以及第二内引线322a或322b，其与第二表面14b相结合并与电极组件11相连。在第一表面14a与第一内引线321a或321b之间，以及在第二表面14b与第二内引线322a或322b之间形成有将袋包14与内引线320a或320b彼此结合的袋粘合层370a或370b，并且在内引线320a或320b中形成有具有比袋粘合层370a或370b更高脆性的薄弱部330a或330b。

薄弱部330a或330b基于袋粘合层370a或370b形成在一侧，在袋包14膨胀时发生弯曲的弯曲部360a或360b基于袋粘合层370a或370b形成在另一侧。在薄弱部330a或330b中形成槽口。槽口可具有凹槽形状或者具有以预定间隔形成孔洞的形状。槽口使电极引线300a或300b易于断裂。

内引线320a或320b还包括将第一内引线321a或321b与第二内引线322a或322b彼此连接的中间引线323a或323b。中间引线323a或323b布置在第一内引线321a或321b与第二内引线322a或322b之间，以便与第一内引线321a或321b和第二内引线322a或322b交叠(overlap)。在第一内引线321a或321b与中间引线323a或323b之间的空间以及第二内引线322a或322b与中间引线323a或323b之间的空间中的任意一者中，形成有包含绝缘成分和粘合成分的引线粘合层340a或340b。

在第一内引线321a或321b与中间引线323a或323b之间的空间和第二内引线322a或322b与中间引线323a或323b之间的空间中的任意一个空间中形成有引线粘合层340a或340b，并且在上述两个空间中的另一个空间中布置不具有粘合性、但具有绝缘性的绝缘体350a或350b。

在第一内引线321a或321b和中间引线323a或323b之间以及在中间引线323a或323b和第二内引线322a或322b之间形成有弯曲部360a或360b，在弯曲部360a或360b中形成有薄弱部330a或330b。绝缘体350a或350b布置在形成薄弱部330a或330b的内引线320a或320b的交叠部处。薄弱部330a或330b布置在绝缘体350a或350b的一侧，引线粘合层340a或340b布置在绝缘体350a或350b的另一侧。

第一内引线321a或321b、中间引线323a或323b、以及第二内引线322a或322b被弯曲成“S”形，并彼此形成为一体。第一内引线321a或321b、第二内引线322a或322b、以及中间引线323a或323b中的至少一者，可以由能够在袋包14的膨胀作用下塑性变形的塑性材料制成。

图4A是当电池单元10处于正常状态，且电极引线300a或300b与图2A相对应时，沿着图3的C-C线剖切的横截面图；图4B示出电池单元10处于袋包膨胀从而切断电极引线300a或300b的状态；并且图4C示出电池单元10处于袋包在膨胀后收缩的状态。图5A是当电池单元10处于正常状态且电极引线300a或300b与图2B的电极引线相对应时，沿着图3的C-C线剖切的截面图；图5B示出电池单元10处于袋包膨胀以便切断电极引线300a或300b的状态；图5C示出电池单元10处于袋包在膨胀后收缩的状态。

参考图4A至图5C，当电池单元10正常运行时，在电池单元10中不存在气体，因此第一内引线321a或321b、第二内引线322a或322b、以及中间引线323a或323b保持在彼此交叠的状态。当由于发生过度充电而使电池单元10中充满气体时，袋包14膨胀。当袋包14膨胀时，在第一内引线321a或321b和第二内引线322a或322b中，沿着第一内引线321a或321b和第二内引线322a或322b彼此远离的方向，产生张力。同时，第一内引线321a或321b和第二内引线322a或322b在布置有不具有粘附力(adhesion)的绝缘体350a或350b的部分处，从中间引线323a或323b分隔开。由于外力沿着因袋粘合层370a或370b而使第一内引线321a或321b和第二内引线322a或322b彼此远离的方向，作用在第一内引线321a或321b和第二内引线322a或322b上，因此在薄弱部330a或330b中将发生断裂。因此，电极引线300a或300b失去导线功能，并阻断电流。话说回来，尽管袋包14收缩，但是由于电极引线300a或300b由塑性材料制成，因此第一内引线321和第二内引线322彼此分隔开的形状将保持不变。因此，即使异常状态结束，过电流也不能再次流入电极组件11，并将确保电池单元10的使用稳定性。

同时，根据本发明的示例性实施例，第一内引线321a或321b、中间引线323a或323b，以及第二内引线322a或322b被形成为直线。因此，由于必要时可以在阻断电流的同时缩短电流路径，因此电阻将减小。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，本发明具有以下效果：

首先，本发明提供一种当电池单元被过度充电时自动阻断施加至电池单元上的电流的电极引线；

第二，在无需使用单独的电源或控制器的情况下，仅通过机械操作即可阻断施加至电池单元的电流；

第三，本发明提供一种具有电流阻断功能并且能够被形成为一体型(integrated type)的电极引线；

第四，通过使电流流经的路径最小来减小电阻。

本发明的效果并不局限于上述效果。即，本领域的技术人员可从权利要求中显而易见地理解本发明的其他未提及的效果。

在上文中，尽管已经参考示例性实施例和附图描述了本发明，但本发明并不限于此，在不违背所附权利要求所要求的本发明的精神和范围的情况下，可由本发明所属领域内的技术人员做出各种修改和变化。

Claims (13)

1.一种电池单元，包括：

电极组件；

袋包，所述袋包中容纳所述电极组件；以及

电极引线，其包括伸出到所述袋包外部的外引线和布置在所述外引线和所述电极组件之间且容纳在所述袋包内的内引线，所述内引线在其将所述电极组件和所述外引线彼此连接的方向上弯曲多次，并且由所述袋包的膨胀力切断。

2.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述袋包具有面向彼此的第一表面和第二表面，并且

所述内引线包括：

第一内引线，其与所述外引线连接，并且与所述第一表面相结合；以及

第二内引线，其与所述第二表面相结合，并且与所述电极组件连接。

3.根据权利要求2所述的电池单元，其中在所述第一表面和所述第一内引线之间以及在所述第二表面和所述第二内引线之间形成有将所述袋包与所述内引线彼此结合的袋粘合层，并且

在所述内引线中形成有具有比所述袋粘合层更高的脆性的薄弱部。

4.根据权利要求2所述的电池单元，其中所述第一内引线、所述第二内引线，以及所述中间引线中的至少一者由能够在所述袋包的膨胀作用下塑性变形的塑性材料制成。

5.根据权利要求3所述的电池单元，其中在所述薄弱部中形成有槽口。

6.根据权利要求3所述的电池单元，其中所述内引线还包括：将所述第一内引线与所述第二内引线彼此连接的中间引线，并且

所述中间引线布置在所述第一内引线和所述第二内引线之间，从而使所述中间引线与所述第一内引线和所述第二内引线交叠。

7.根据权利要求6所述的电池单元，其中，在所述第一内引线与所述中间引线之间的空间和所述第二内引线与所述中间引线之间的空间中的任意一者中，形成有包含绝缘成分和粘合成分的引线粘合层。

8.根据权利要求7所述的电池单元，其中，在所述第一内引线与所述中间引线之间的空间和所述第二内引线与所述中间引线之间的空间中的任意一者中布置所述引线粘合层，并且在上述两个空间中的另一者中布置有不具有粘合性、但具有绝缘性的绝缘层。

9.根据权利要求8所述的电池单元，其中在所述第一内引线与所述中间引线之间以及在所述中间引线与所述第二内引线之间形成有弯曲部，所述薄弱部形成在所述弯曲部中。

10.根据权利要求9所述的电池单元，其中在所述内引线上形成所述薄弱部的交叠部处布置所述绝缘层。

11.根据权利要求10所述的电池单元，其中所述薄弱部布置在所述绝缘层的一侧，并且所述引线粘合层布置在所述绝缘层的另一侧。

12.根据权利要求7所述的电池单元，其中所述第一内引线、所述中间引线和所述第二内引线弯曲成“S”形，并且彼此形成为一体。

13.一种电池单元，包括：

电极组件；

袋包，所述袋包中容纳所述电极组件；以及

电极引线，其包括伸出到所述袋包外部的外引线，以及布置在所述外引线与所述电极组件之间并容纳在所述袋包中的内引线，

其中，所述内引线具有与所述袋包相结合的两个表面，并被弯曲成“S”形。