CN107871840B - 电池单元 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种电池单元。该电池单元包括：电极组件；包围所述电极组件的袋体；从所述电极组件延伸的电极接片；附接到所述电极接片的引导接片；以及电流中断装置，其被配置为在电池单元发生异常的情况下，通过袋体的膨胀分离引导接片和电极接片来阻止电流流动的同时，当袋体在膨胀后收缩返回至初始位置时，阻止引导接片与电极接片重新连接。

Description

电池单元
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年9月27日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2016-0123868的优先权，该公开的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开涉及一种具有电流中断机构的电池单元。
背景技术
众所周知，用于提供电能的电池单元在充电和放电时存储和释放能量。
由于能量消耗的特性，电池单元的过度放电会降低电池单元的寿命和耐久性等，并且由于能量累积的特性，电池单元的过度充电可能导致安全危害。
发明内容
本公开涉及一种电池单元，其能检测电池单元中的异常压力变化并能引起电极组件和引导接片的连接断开，从而在爆炸或引燃前阻断内部电流，然后，即使薄板材料的袋体因收缩而返回初始位置，也能防止引导接片再次与电极组件连接。
根据本公开的一个方面，一种电池单元包括：电极组件；包围所述电极组件的袋体；从所述电极组件延伸的电极接片；附接到所述电极接片的引导接片；以及电流中断装置，其被配置为在电池单元发生异常的情况下，通过袋体的膨胀分离引导接片和电极接片来阻止电流流动的同时，并且当袋体在膨胀后收缩返回初始位置时，阻止引导接片与电极接片重新连接。
附图说明
结合附图，从下面的详细描述中将更清楚地理解本公开的目的、特征和优点，其中：
图1是示出根据本公开的实施例的电池单元的截面图；
图2是示出根据本公开的实施例的电池单元的第一引导接片的图；
图3是从图2的箭头A方向观察的图；
图4是示出根据本公开的实施例的当电池单元的袋体膨胀时引导接片和电极接片分离的状态的图；以及
图5是示出当袋体在膨胀后收缩时图4的箭头B所示部分的放大图。
附图中各个元件的标号
11:电极组件
13:第一袋体壁
15:第二袋体壁
21:第一电极接片
22:第二电极接片
31:第一引导接片
32:第二引导接片
40:熔断单元
45:绝缘层
50:切口
具体实施方式
参考附图对本公开的实施例进行详细描述。在整个附图中使用相同的附图标记来指代相同或相似的零件。可省略在此并入的公知功能和结构的详细描述，以使本公开的主题清晰。
如果在电池单元的内部中发生过充电现象，则位于正极材料和负极材料之间的隔膜的孔隙可能由于电池单元内部气体的产生、温度升高等而闭合，从而电池单元可能产生膨胀现象并可能发生爆炸。
因此，电池单元可设置有防止过度充电的安全电路，使得在电池单元进入点燃或爆炸的状态之前可以防止充电时进一步充电，从而为客户的安全获得故障安全性。
同时，袋体型电池单元可包括电极组件、包裹在电极组件周围的薄板状的袋体、以及连接到电极组件的引导接片。引导接片可突出到袋体的外部。
另外，作为一种安全电路的电流中断装置(CID)可安装在袋体型电池单元中，并且如果在发生过度充电时，袋体发生膨胀，则电流中断装置可引起引导接片与电极组件断开，由此阻断电流。
然而，因袋体形成为薄板形状，所以当电池单元发生过度充电时，袋体可能无法连续保持膨胀，而可能收缩，并且因为袋体的收缩，断开的引导接片可能再次联接(连接)到电极组件。
因此，在典型的袋体型电池单元中，断开的引导接片可能因薄板状的袋体在膨胀之后收缩而再次联接(连接)到电极组件，电池电流可能再次流动，由此可能继续执行充电。因此，当发生过度充电时，典型的袋体型电池单元可能未完全阻断电池单元的电流。
如图1所示，根据本公开的实施例的电池单元可包括电极组件11、含有包围电极组件11的袋体壁13和15的袋体、从电极组件11中延伸的电极接片21和22、以及附接到电极接片21和22上的引导接片31和32。
电极组件11可包括隔膜，以及层压在隔膜两侧的正极板和负极板。根据实施例，电极组件11可由胶卷状电极组件形成。
袋体壁13和15可被构造成薄板状，以密闭地容纳电极组件11和电解质等。
根据实施例，袋体可包括覆盖电极组件11的一侧的第一袋体壁13和覆盖电极组件11的另一侧的第二袋体壁15。另外，第一袋体壁13的边缘可与第二袋体壁15的边缘密闭接合，这允许安全地保护电极组件11并防止电解质溶液泄漏等。
同时，每个袋体壁13、15可具有多层结构，以获得优良的热封性能、刚性、柔韧性以及绝缘性能。其中刚性指可保持形状并保护电极组件11，而在袋体中没有任何异常的压力增加；柔韧性则指在袋体中压力增加而膨胀时允许其变形。例如，每个袋体壁13、15可具有多层结构，其包括位于最内侧并面向电极组件11的第一层、位于最外侧并暴露于外部环境的第二层、以及插入到第一层和第二层之间的第三层。在此情况下，例如，第一层可由诸如聚丙烯(PP)的具有对电解液耐腐蚀、绝缘性和热封性的材料形成，第二层可由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的具有保持形状和绝缘性的刚性的材料形成，第三层可由诸如铝(Al)的金属材料形成。
电极接片21、22可从电极组件11向外延伸并形成为扁平的。
电极接片21、22可包括分别连接到电极组件11的正极板和负极板的第一电极接片21和第二电极接片22。
根据一个示例，第一电极接片21可从电极组件11的正极板整体延伸以构成正极片，第二电极接片22可从电极组件11的负极板整体延伸以构成负极片。
根据另一示例，第一电极接片21可从电极组件11的负极板整体延伸以构成负极片，第二电极接片22可从电极组件的正极板整体延伸以构成正极片。
图1的实施例示出了第一电极接片21和第二电极接片22从电极组件11两端对称延伸的结构，但本公开不限于此，并可根据电池单元的规格由各种结构形成，例如从电极组件11的一端沿相同方向延伸的结构。
引导接片31、32可通过诸如焊接或锡焊的各种方法结合以电连接到电极接片21、22。
引导接片31、32可包括附接到第一电极接片21的第一引导接片31和附接到第二电极接片22的第二引导接片32。
一个或多个密封构件33、34可整体设置在每个引导接片31和32的外表面上，第一袋体壁13和第二袋体壁15的端部可以粘接到每个密封构件33、34。因此，通过阻塞袋体壁13、15与引导接片31、32之间的间隙，可以可靠地防止电解质溶液的泄漏。
本公开的各种实施例可包括在电池单元发生异常情况(例如，过度充电等)时阻止电池单元中的电流流动的电流中断装置，并且电流中断装置可设置在第一引导接片31和第二引导接片32中的至少一个引导接片31上。电流中断装置可被配置为通过使用气体的力阻断电池单元的电流，该气体的力在电池单元发生异常情况时由电解质的副反应产生，使袋体膨胀并使袋体壁13、15变形。
根据本公开实施例的电流中断装置可被配置为在电池单元发生异常情况下，通过袋体的膨胀分离引导接片和电极接片来阻断电流流动的同时，并当袋体收缩返回至其初始位置时阻止引导接片与电极接片重新连接。
根据本公开的实施例的电流中断装置可包括：一体地设置在至少一个引导接片31中的熔断单元40、设置在至少一个引导接片31中的切口50、以及包围熔断单元40的绝缘层45。
熔断单元40可一体地设置在至少一个引导接片31中，并且熔断单元40的底面可通过焊接、锡焊等附接到电极接片上。因此，至少一个引导接片和与引导接片相邻的电极接片可通过熔断单元40进行可拆分地附接。
根据图1的实施例，熔断单元40可一体地形成在第一引导接片31的底面上。根据一个示例，熔断单元40可由从第一引导接片31底面突出的突出结构形成。根据另一示例，熔断单元40的顶面可通过焊接、锡焊等附接到第一引导接片31的底面。
另外，熔断单元40的底面可通过焊接、锡焊等附接到第一电极接片21的顶面。同时，熔断单元40顶面的结合强度可大于熔断单元40底面的结合强度。因此，在发生异常情况(例如，过充电等)时，由于袋体的膨胀力和袋体壁13、15的变形，熔断单元40的底面可轻松地与第一电极接片21的顶面分离。因此，可有效地实现因电池单元异常情况下的电流中断。
熔断单元40可具有一定的厚度t1，并且第一引导接片31和第一电极接片21可响应于熔断单元40的厚度t1而间隔开。
根据一个示例，熔断单元40可由金属材料的焊珠或焊锡球形成，电流可通过该焊珠或焊锡球顺利流动，并且因熔断单元40的底面被附接到第一电极接线片21的顶面，因此第一引导接片31和第一电极接片21可经由熔断单元40电连接。
熔断单元40可由具有圆形横截面的圆柱形形成，因此，熔断单元40的底面是由圆形横截面形成。因此，熔断单元40可与第一电极接片21平稳分离。
根据图1的实施例，可局部切除引导接片31的一侧以形成切口50。因此，如图4和图5所示，当电池单元发生异常情况(过度充电等)时，随着袋体扩大或膨胀，第一引导接片31可基于切口50弯曲。由于第一引导接片31的这种弯曲，第一引导接片31和第一电极接片21可以彼此分离，从而阻断电池单元的电流。
第一引导接片31可基于切口50分成第一部分31a和第二部分(远端部分)31b。第一部分包括近端部分31c。密封构件33可设置在第一部分31a中，并且第一袋体壁13和第二袋体壁15可连接到密封构件33。因此，第一部分31a的边缘可暴露于袋体壁13、15的外部。第二部分31b可经由熔断单元40联接到第一电极接片21。
本公开的实施例可具有引导装置，用于在电池单元发生异常情况下，当袋体壁13、15变形且袋体膨胀时引导第一引导接片31弯曲。引导装置基于切口50引起第一引导接片31弯曲，从而可有效地引起第一引导接片31和第一电极接片21分离(断开)。
根据一个实施例，引导装置可包括用于连接第一引导接片31和与第一引导接片31相邻的第一袋体壁13的连接构件43。
连接构件43的一侧可以连接到第一引导接片31的第二部分31b，连接构件43的另一侧可连接到第一袋体壁13，使得第一引导接片31的第二部分31b可根据袋体的膨胀或收缩以及第一袋体壁13的变形而移动。
第一切口50可设置在引导接片31的一侧，连接构件43可设置在引导接片31的另一侧。也就是说，切口50和连接构件43可位于第一引导接片31中并彼此相对，从而可引起因袋体的膨胀和第一袋体壁13的变形而导致的第一引导接片的弯曲。具体地，当袋体膨胀且第一袋体壁13变形时，虽然连接构件43拉动第一引导接片31的第二部分31b，但第一引导接片31的第一部分31a可由于第一引导接片31的自重和/或密封构件33的自重而保持水平。因此，如图4和图5所示，第一引导接片31的第二部分31b可基于切口50弯曲。如上所述，由于第一引导接片31弯曲，所以第一引导接片31的熔断单元40可以非常容易地与第一电极接片21分离。
根据一个示例，第二部分31b可具有比第一部分31a更短的长度，以便更平稳地实现第二部分31b的弯曲。
然后，连接构件43可在水平方向上以规则的间隔与切口50隔开。特别地，优选连接构件43和切口50以能够引起第一引导接片31平稳弯曲的间隔隔开。
同时，因为袋体壁由薄板形形成，因此与棱柱形电池相比，袋体壁13、15可更加柔性。因此，当电池单元过度充电时，袋体可变得膨胀，然后收缩，尽管并不精确，但袋体壁13、15可朝向其初始位置变形。当袋体壁13、15朝向其初始位置变形时，第一引导接片31的第二部分31b可朝向其初始位置移动。因此，第一引导接片31的熔断单元40可接触第一电极接片21。当熔断单元40接触第一电极接片21时，引导接片31可与电极接片21电连接，由此可恢复电池单元的电流，这可引起电池单元被点燃并可导致爆炸。
在实施例中，当袋体膨胀后收缩时，可防止熔断单元40和第一电极接片21之间的电接触。
根据本公开的一个实施例，参考图5，绝缘层45围绕熔断单元40的周边。在熔断单元40的周边被绝缘层45围绕的情况下，即使袋体在膨胀之后收缩回到其初始形状，熔断单元40也可不接触第一电极接片21。
根据一个实施例，熔断单元40周围的绝缘层45可具有与熔断单元40的厚度t1大致相同的厚度。由于当熔断单元40是具有圆形横截面的圆柱形时，绝缘层45完全围绕在熔断单元40的外表面，因此不管第一袋体的收缩方向如何，都能可靠地防止熔断单元与第一电极接片21再次接触。
因此，根据本公开的各种实施例，至少一个引导接片可具有一定厚度t1的熔断单元40，引导接片的熔断单元40可附接到相邻的电极接片上，绝缘层45可围绕熔断单元40形成。因此，即使在电池单元过度充电而膨胀的袋体收缩时，由于在熔断单元周围形成的绝缘层45，引导接片31的熔断单元40可不直接与第一电极接片21接触，因此可以可靠地阻止引导接片31和电极接片21再次联接(重新连接)的可能性。
在实施例中，参考图1-5，电池装置包括袋体或壳体。袋体至少部分地由柔韧的壁13和15形成。袋体封闭至少一个电极组件11，以及从电极组件11伸出但仍在袋体内的第一电极端子21和第二电极端子22。导电线(或引导接片)31经由密封构件33、34气密地/液密地穿过袋体。导电线由金属形成或者包括金属材料。在袋体的外部，导电线31连接到诸如汽车或消费电子设备的系统的电器元件或电路。另一方面，导电线31连接到袋体内的第一电极端子21。
在袋体内，导电线31包括近端部分31c、远端部分(导电接片)31b以及将近端部分31c与远端部分31b分开的切口50。导电接片31b包括面向第一电极端子21的第一侧和背对第一电极端子21的第二侧。熔断单元40是附接到导电接片31b的第一侧或从导电接片31b的第一侧突出的欧姆接触构件。在实施例中，熔断单元40具有与第一电极端子21的对应部分进行欧姆接触并附接的接触面。为此，导电接片31b和第一电极端子21彼此充分对准，如图1所示。
电绝缘部(绝缘层)45形成在导电接片31的第一侧上并围绕欧姆接触构件40，使得电绝缘部和熔断构件40的接触面处于大约相同的水平。在一个实施例中，接触面为圆形，电绝缘部从圆形接触表面的外边缘径向延伸，由此，尽管绝缘部不一定是圆形，但绝缘部的径向延伸量至少为接触面的半径。
连接构件或连接件43将袋体壁13的内表面物理地连接到导电线31，特别是连接到远侧部分(导电接片)31b的第二侧上。在实施例中，连接件43具有主体，该主体具有当电池处于其初始形状时桥接在袋体壁13和导电接片31b之间的厚度。连接件主体在厚度方向上基本上是非弹性的、不可拉伸的或不可压缩的。在一个实施例中，主体为块状，但不限于此。连接件43具有面向并附接到袋体壁13的内表面的第一表面，还具有面向并附接到导电接片31b的第二侧的第二表面。在实施例中，第一和第二表面彼此背离并且大体上彼此平行。
在实施例中，切口50被配置为允许导电接片31b相对于近端部分31c铰接式地弯曲。当袋体内气体压力非必要地增加时，袋体发生膨胀，并且其柔韧壁13因其膨胀而拉动连接件43和导电接片31b。当由袋体膨胀引起的拉力达到临界点时，欧姆接触构件40的接触面与第一电极端子21分离，并且导电接片31b相对于近端部分31c并关于切口50铰接式地弯曲，如图4所示。
随后，当袋体内气压减小时，袋体发生收缩，尽管其柔韧的袋体壁13、15可能无法返回到其初始形状或位置，但可朝向其初始形状变形。此外，当袋体收缩时，尽管连接构件43和其附接的导电接片31b可能不会返回到其初始形状或位置，但它们可朝向自己的初始状态返回。考虑到收缩的性质以及导电接片31b的材料特性，袋体的收缩可能并且大概不会施加足够的力来关于切口50铰接式地弯曲导电接片，以将导电接片31b移动回至其相对于切口50、近端部分31c以及第一电极接片21的初始位置。因此，随着收缩的进行，当收缩完成时，导电接片31b仍然可相对于近端部分31c和第一电极接片21弯曲。因为导电接片31b相对于第一电极接片21弯曲(参见图5)，所以即使收缩使得导电接片31b接近第一电极接片21，熔断单元40的欧姆接触面也将相对于第一电极接片21上的相应表面倾斜，并且更确切地说绝缘层45将首先接触第一电极接片21的相应表面。
在上文中，尽管已参照实施例和附图描述了本公开，但本公开并不局限于此，而是可以由本公开所属领域的技术人员在不脱离下述权利要求中的本公开的精神和范围的情况下进行各种修改和改变。

Claims (9)

1.一种电池单元，其包括：
电极组件；
袋体，其包围所述电极组件；
电极接片，其从所述电极组件延伸；
引导接片，其附接到所述电极接片；以及
电流中断装置，包括熔断单元以及包围所述熔断单元的绝缘层，其中所述熔断单元附接在所述引导接片的底面和所述电极接片的顶面，
所述电流中断装置包括设置在至少一个引导接片中的切口，其中所述切口通过在所述引导接片的一侧局部切除而形成，并且当所述电池单元中发生异常情况时，所述引导接片基于所述切口铰链式地弯曲。
2.根据权利要求1所述的电池单元，其中所述电极接片包括第一电极接片和第二电极接片，所述引导接片包括连接到所述第一电极接片的第一引导接片和连接到所述第二电极接片的第二引导接片，并且所述电流中断装置设置在所述第一引导接片和所述第二引导接片中的至少一个引导接片中。
3.根据权利要求2所述的电池单元，其中所述熔断单元一体地设置在所述引导接片中，
其中所述熔断单元可拆分地附接到所述电极接片上。
4.根据权利要求3所述的电池单元，其中所述熔断单元被配置为当所述电池单元中发生异常情况时，由于所述袋体的膨胀而与所述电极接片分离。
5.根据权利要求1所述的电池单元，其中进一步包括引导装置，当所述电池单元中发生异常情况，所述袋体膨胀时，引起所述引导接片弯曲。
6.根据权利要求5所述的电池单元，其中所述引导装置包括连接构件以连接所述引导接片和与所述引导接片相邻的所述袋体。
7.根据权利要求6所述的电池单元，其中所述引导接片通过所述切口被分成第一部分和第二部分，所述第一部分安装成突出到所述袋体的外部，所述第二部分经由所述熔断单元连接到所述电极接片。
8.根据权利要求7所述的电池单元，其中所述连接构件的一个表面连接到所述引导接片的所述第二部分，并且所述连接构件的另一个表面连接到相邻的袋体。
9.根据权利要求8所述的电池单元，其中所述切口和所述连接构件在所述引导接片中彼此相对设置。
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