CN108028323A - 在防止湿气渗透上具有改进的可靠度的电池单元 - Google Patents

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Abstract

本文中公开一种包括电池壳体的电池单元，其中所述电池壳体包含：热粘合至彼此以组成所述电池单元第一密封部的热粘合部；用于接纳电极组件的第一间隔；以及于所述热粘合部外部形成的第二间隔，所述第二间隔与所述热粘合部一起组成所述电池壳体的外边缘，以及其中用于防止湿气自外部渗透至所述第一间隔中的金属片安装在至少一个所述第二间隔中。

Description

在防止湿气渗透上具有改进的可靠度的电池单元
技术领域
本申请主张于2015年8月12日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请第10-2015-0113632号的权益，所述韩国专利申请的公开内容通过引用的方式全部并入本文中。
本发明涉及具有改进的防止湿气渗透的可靠度的电池单元。
背景技术
随着移动装置的持续发展以及对此类移动装置的需求增加，对作为此类移动装置的能量来源的二次电池的需求急剧增加。具有高能量密度以及高放电电压的锂二次电池处于这些二次电池中，已对锂二次电池进行了许多研究，且其现已商业化。
基于其外观，锂二次电池可通常分类成圆柱形电池单元、棱柱形电池单元以及袋状电池单元。基于电解质的类型，锂二次电池亦可分类成锂离子电池、锂离子聚合物电池以及锂聚合物电池。
最近移动装置小型化的趋势已增加对具有小厚度的棱柱形电池或袋状电池的需求。特别是，当前许多关注聚焦于袋状电池单元，因为易于修改袋状电池的形状、制造袋状电池的成本低、且袋状电池重量轻。
通常，袋状电池单元为具有在密封状态下将电极组件和电解质包含在袋状电池壳体中的电池，所述袋状电池壳体由包含树脂层以及金属层的层合片制成。安装于电池壳体中的电极组件可以配置成具有包卷(卷绕)型结构、堆叠型结构或组合(堆叠/折折叠)型结构。
图1为典型地示出包含堆叠型电极组件的电池单元的结构的图。
参照图1，电池单元10配置成具有以下结构：包含正极、负极以及分别安置在正极与负极之间的隔板(每一个隔板用固体电解质进行涂布)的电极组件30在密封状态下安装于袋状电池壳体20中，从而电连接至电极组件30的正极片31和负极片32的两个电极引线40和41向外暴露。
电池壳体20包含电极组件30位于其中且具有凹陷接纳部分23的壳本体21，以及一体地连接至壳本体21的罩盖22。
电池壳体20由层合片制成，所述层合片包含组成层合片最外层的外树脂层20a、用于防止材料渗透的金属屏障层20b以及用于密封的内树脂层20c。
堆叠型电极组件30的正极片31和负极片32通过焊接分别耦接至电极引线40和41。另外，绝缘膜50可附接至电极引线40和41中每一者的顶部和底部以便防止在热粘合装置(未示出)与电极引线40和41之间发生短路，且在使用热粘合装置将壳本体21的上末端24和罩盖22的上末端热粘合至彼此时确保电极引线40和41与电池壳体20之间的密封。
图2典型地示出形成图1的层合片的密封部以及层合片的耦接区段的工序。
参照图2以及图1，层合片20包含组成层合片最外层的外树脂层20a、用于防止材料渗透的金属屏障层20b以及用于密封的内树脂层20c。
外树脂层20a用于从外部保护电池单元。出于此原因，考虑到外树脂层20a的厚度，外树脂层20a需要展现高拉伸强度以及耐候性。外树脂层20a通常由定向尼龙(ONy)制成。金属屏障层20b用于防止空气或湿气被引入至电池单元中。金属屏障层20b通常由铝(Al)制成。在电极组件安装于壳本体21与罩盖22之间的状态下，为了密封电池单元，藉由对壳本体21的内树脂层20c以及罩盖22的内树脂层20c施加热以及压力而将两者热粘合至彼此。内树脂层20c通常由流延聚丙烯(CPP)制成。
在具有上述的多层层合结构的电池壳体中，壳本体21的内树脂层20c和罩盖22的内树脂层20c面向彼此。壳本体21的内树脂层20c和罩盖22的内树脂层20c藉由热粘合耦接至彼此。因此，耦接的内树脂层20c的末端向外曝露。湿气可易于渗透至通常由聚合物树脂制成的内树脂层20c中。另外，电解质可经由耦接的内树脂层20c的末端从电池壳体泄漏。因此，在长时间使用电池单元的情况下，电池单元的寿命和稳定性可能降低。
因此，对于能够防止湿气渗透以及电解质泄漏、由此确保电池单元寿命以及稳定性的技术存在着高度的必要性。
发明内容
技术问题
已作出本发明来解决以上问题以及尚待解决的其他技术问题。
具体地，本发明的一个目的在于提供一种电池单元，所述电池单元配置成具有以下结构：用于防止湿气渗透至电池单元中的金属片安装于电池单元的密封部中，由此改进了防止湿气渗透的可靠度。
技术方案
根据本发明的一个方面，以上以及其他目的可通过提供一种配置成具有以下结构的板状(plate-shaped)电池单元来实现：在电池壳体的外边缘被密封的状态下，将电极组件和电解质接纳在由包含树脂层以及金属层的层合片制成的电池壳体中，
其中电池壳体包含：
热粘合至彼此以组成电池单元的第一密封部的热粘合部；
用于接纳电极组件的第一间隔；以及，
形成在热粘合部外部的第二间隔，所述第二间隔与所述热粘合部一起组成电池壳体的外边缘，且其中用于防止湿气自外部渗透至第一间隔中的金属片安装在至少一个第二间隔中。
在根据本发明的电池单元中，如上描述，为了改进电池单元的耐湿性以及耐久性，用于防止湿气渗透至电池单元中的金属片安装在至少一个第二间隔中，第二间隔形成在第一密封部外部，湿气易于经由第二间隔渗透至电池单元中。
由层合片制成的电池壳体的第一密封部通常藉由通过热粘合将内树脂层耦接至彼此而形成。每一个内树脂层由聚合物树脂制成。出于此原因，通过在组成聚合物树脂的聚合物纤维之间形成的间隔，湿气粒子可渗透至电池单元中，或电解质可从电池单元泄漏。若湿气渗透至电池单元中，则电极组件可能因湿气而短路。另一方面，若电解质从电池单元泄漏，则电池单元的性能可能随时间而降低。
根据本发明，金属片防止湿气渗透至安装有电极组件的电池单元(具体地，第一间隔)中。另外，甚至在第一间隔中的电解质渗透至第一密封部中的情况下，位于第一密封部与外部之间的金属片仍可防止电解质泄漏至外部。
另外，金属片可加固层合片的外边缘，所述层合片具有相对低的刚度，由此可增加电池壳体的强度。
在具体实例中，金属片可通过在至少一个第二间隔中的焊接而耦接至电池壳体的金属层，以组成用于防止湿气渗透至第一密封部中的第二密封部。
第二密封部可配置成具有以下结构：在至少一个第二间隔中的金属片和金属层组成用于防止湿气被引入至第一密封部中且防止电解质经由第一密封部从第一间隔泄漏至外部的壁。
电池壳体可为配置成具有以下结构的袋状电池壳体：聚丙烯层(polyupropylene)、铝层以及选自尼龙层以及聚对苯二甲酸乙二醇酯层(polyethyleneterephthalate)中的一种或更多种自电池壳体的内部朝向电池壳体外部进行顺序堆叠，且金属片可在至少一个第二间隔中焊接至电池壳体的铝层。
电池壳体的热粘合部可通过置放内树脂层(亦即，聚丙烯层)从而在内树脂层彼此紧密接触的状态下内树脂层面向彼此来形成。聚丙烯层可通过热量粘合并接合至彼此以形成第一密封部。
替代地，当所述电池壳体的铝层因在至少一个所述第二间隔中的聚丙烯层被焊接所熔化而暴露在至少一个所述第二间隔中时，在电池壳体的铝层与金属片紧密接触的状态下，电池壳体的铝层可接合至金属片。
因此，内树脂层，即聚丙烯层，可粘合至彼此，且金属片可在至少一个第二间隔中接合至铝层，由此防止湿气从电池单元的最外侧渗透至电池单元中。
金属片可仅安装在除了电极端子位于其中的一个第二间隔以外的其他第二间隔中。在不安装金属片的第二间隔中，聚丙烯层可以与热粘合部相同的方式接合至彼此。
根据情况，金属片可安装在电极端子位于其中的一个第二间隔的部分中，从而金属片不接触电极端子，且可安装在所有其他第二间隔中。
若金属片的厚度过小，则难以防止物质渗透，且难以改进金属片的强度。另一方面，若金属片的厚度过大，则难以制造金属片，片的厚度增加。另外，在金属片安装于至少一个第二间隔中的状态下，金属片可将过多拉力施加至密封部，结果为密封部的热粘合部分可彼此分离。具体而言，金属片可具有0.01mm至5mm的厚度。更具体而言，金属片可具有0.1mm至3mm的厚度。
金属片可为具有相当于每一个热粘合部的长度的50％至100％的板(plate)。具体而言，金属片可具有相当于每一个热粘合部的长度的100％的长度。亦即，金属片可在热粘合部的纵向方向上安装在至少一个第二间隔中，以便防止湿气渗透至第一密封部中。
组成金属片的材料可用于防止渗透或泄漏外来物质，诸如气体或湿气，以及用于改进电池壳体的强度。组成金属片的材料没有特别地限制，只要金属片由可焊接至铝的金属材料制成便可。举例而言，金属片可由选自铝、铜、铅以及锡的一种或更多种材料制成。
另外，金属片可配置成具有能够有效地防止湿气渗透同时展现焊接至铝层的高可靠度的结构。
在一个示例中，金属片的外表面可配置成在垂直截面中具有无规则结构，以便增加金属片的外表面与电池壳体的铝层之间的接合力，同时确保在金属片的外表面上相对于铝层的大的焊接面积。
在熔化的铝层接合至具有无规则结构的金属片的情况下，铝层与金属片之间的焊接面积和结合面积的大小可增加。另外，当无规则表面而非平坦表面接触铝层时，熔化的金属片的量更大，由此改进了接合可靠度。
在另一示例中，金属片可具有一个或更多个形成在内部的通孔，从而在焊接时熔化的铝层的至少一部分在通孔中接合至金属片。
通常，由层合片制成的电池壳体可配置成具有以下结构：在电极组件接纳部与罩盖彼此紧密接触的状态下，将电极组件接纳部与用于覆盖电极组件接纳部分的罩盖进行热粘合。在每一个第二间隔中，罩盖的铝层和电极组件接纳部的铝层可分别与金属片的顶表面和底表面紧密接触。
在以上结构中，因此，设置成与金属片的顶表面以及底表面紧密接触的铝层的部分可在焊接期间熔化，且铝层的熔化部分可在通孔中接合至彼此。因此，金属片可在通孔中以及在金属片的顶表面和底表面上接合至铝层，由此改进了焊接可靠度以及接合强度。
金属片的一部分可提供有一种结构，或者可变形，以便防止间隔形成在热粘合部与金属片之间，例如，以便防止因在层合片与金属片的末端之间不接触而使得间隔形成在热粘合部与金属片的一个末端之间。
具体而言，金属片的至少一部分可配置成具有金属片的至少一部分的厚度朝向热粘合部逐渐减少的锥形结构，且金属片的至少一部分可为金属片面向热粘合部的一个末端。
在此结构中，金属片的锥形末端可插入至自热粘合部(或第一密封部)延伸至至少一个第二间隔中的部分中。在末端与铝层紧密接触的状态下，插入的末端可接合至层合片的铝层。因此，在热粘合部(或第一密封部)与金属片的末端之间可能无法形成间隔。另外，铝层与金属片之间的接触面积可增加。
在另一示例中，金属片可配置成具有以下结构：金属片面向热粘合部的末端以及邻接于所述金属片末端的金属片顶表面和底表面向外凸起。
在此结构中，因金属片的凸起末端，焊接时在金属片的末端处熔化的金属片的量可增加。当金属片的熔化末端填充自热粘合部(或第一密封部)延伸至至少一个第二间隔中的面积时，金属片可接合至铝层。因此，在热粘合部(或第一密封部)与金属片的末端之间可能无法形成间隔。另外，金属片与铝层之间的接合面积的大小可增加。
根据情况，绝缘聚合物膜可进一步应用于金属片的外表面。在此结构中，绝缘聚合物膜的一个末端可进一步应用于电池壳体的第二密封部。
亦即，绝缘聚合物膜可防止金属片以及第二密封部暴露于外部，由此防止在电池单元的组装或使用期间出现未预期情形，例如，因第二密封部的部分移除以及金属片的腐蚀而在金属片与外部导体之间的接触。
组成绝缘聚合物膜的材料没有特别限制，只要绝缘聚合物膜由对金属箔片展现高绝缘性的电绝缘材料制成便可。举例而言，作为屏障层，绝缘聚合物膜可包含选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、定向或非定向尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)以及乙烯乙烯醇(EVOH)中的材料。
通常，诸如聚丙烯的聚烯烃树脂展现对金属的低黏着力。为了增加对应于金属屏障层的黏着力，因此，绝缘聚合物膜可通过热粘合或使用粘合剂附接至金属箔片。因此，黏着力可增加，且阻挡特性可以得到改进。
在本发明中，焊接方法没有特别限制，只要可关于金属执行焊接便可。举例而言，铝层可通过超声波焊接或缝焊焊接(seam welding)至金属片。
另外，焊接可使用超声波焊机或超缝焊机(ultra seam welder)来执行。
在超声波焊机或超缝焊机中，可使用具有对应于每一个第二间隔的宽度的尺寸或者对应于每一个热粘合部宽度与每一个第二间隔宽度总和的尺寸的焊接头(horn)将铝层焊接至金属片。另外，在超缝焊机中，可使用能够持续执行工序的辊型焊接头。
同时，在具体示例中，电池壳体可包含形成第一间隔的壳本体以及自壳本体的一个末端延伸或与壳本体分开提供的罩盖，而且壳本体可包含自第一间隔的各自末端向外延伸的粘合表面，所述粘合表面面向罩盖以形成热粘合部以及第二间隔。
热粘合部可进行粘合以便具有相当于每一个粘合表面的宽度的20％至40％的宽度，由此组成第一密封部，且每一个第二间隔可焊接至金属片以便具有相当于每一个粘合表面的宽度的60％至80％的宽度，由此组成第二密封部。
若每一个热粘合部的宽度大于以上范围的上限，亦即，若每一个热粘合部的宽度过大，则不易于安装以及焊接金属片，这不是所需要的。另一方面，若每一个热粘合部的宽度小于以上范围的下限，亦即，若每一个热粘合部的宽度过小，则不易于执行热粘合工序。即使热粘合工序得以执行，结合面积也很小，结果密封第一密封部的可靠度无法得到确保。
另外，对于第二密封部而言，在焊接期间和/或紧接在焊接之后具有大的宽度是有利的，以便在至少一个第二间隔中改进相对于金属片的焊接的可靠度。如上所述，第二密封部可具有比热粘合部(或第一密封部)的宽度更大的宽度。
根据情况，在第二密封部焊接至金属片的状态下，第二密封部可在纵向方向上被切割第二密封部宽度的约50％至90％。在此情况下，外边缘所占据的电池单元的面积(亦即，外密封部)可被最小化。因此，配置电池单元从而电池单元具有更紧密的尺寸是可行的。
通常，袋状电池单元的外密封部可以形成以具有相当于电池单元的宽度和/或长度的10％至20％的长度，以便确保密封的可靠度。然而，袋状电池单元的不足之处在于，接纳于电池壳体中的电极组件的尺寸减少了电池单元的外密封部的长度，以便对应于待安装有电池单元的电力装置的维度。
在根据本发明的电池单元中，进一步形成金属片所焊接至的第二密封部。因此，通过热粘合密封的第一密封部的宽度可设定成大大小于一般的袋状电池单元的宽度。举例而言，第一密封部的宽度可为电池单元的宽度或长度的3％至5％。
另外，在如上所述切割第二密封部的情况下，外密封部所占据的电池单元的面积或宽度被最小化。因此，配置根据本发明的电池单元从而根据本发明的电池单元具有比一般的袋状电池单元的大小更紧密的尺寸。而且，电极组件的尺寸可增加传统的第二密封部的长度，由此与具有相同外部维度的其他电池单元相比，增加电池单元的电力储存容量以及输出是可行的。
根据本发明的另一方面，提供制造具有上文所陈述的构造的电池单元的方法。
在具体示例中，所述方法可包含：
(a)将电极组件和电解质接纳在第一间隔中，以及置放罩盖以及壳本体从而罩盖和壳本体彼此相对以形成热粘合部以及第二间隔，
(b)对热粘合部进行热粘合以形成第一密封部，
(c)将金属片插入至每一个第二间隔中，
(d)使用焊机在每一个第二间隔中将金属片焊接至电池壳体以形成第二密封部，以及
(e)沿第二密封部的纵向方向切割第二密封部从而移除相当于第二密封部的宽度的30％至90％的部分第二密封部。
此方法的特征在于在热粘合部进行热粘合之后，金属片安装并焊接在每一个第二间隔中。可在通过热粘合形成电池壳体的总体形状的状态下执行焊接。因此，更稳定地执行焊接工序是可行的。另外，极大地改进电池单元的维度稳定性是可行的。举例而言，电池单元可具有所需要的宽度以及长度。
另外，在步骤(c)处，金属片可仅安装在除了电极端子位于其中的一个第二间隔以外的其他第二间隔中。根据情况，金属片亦可安装在电极端子位于其中的一个第二间隔的部分中，从而金属片不接触电极端子。
在步骤(e)处，第二密封部可进行切割，从而移除相当于第二密封部的宽度的约50％至90％的部分第二密封部，以便制造紧密电池单元。
在另一具体示例中，所述方法可包含：
(a)将电极组件和电解质接纳在第一间隔中，以及置放罩盖和壳本体以，从而罩盖以及壳本体彼此相对以形成热粘合部以及第二间隔，
(b)在邻接于热粘合部的每一个第二间隔中安装金属片，
(c)使用焊机在每一个第二间隔中将金属片焊接至电池壳体，且使用在焊接期间产生的热来对热粘合部进行热粘合，以形成第一密封部以及第二密封部，以及
(d)沿第二密封部的纵向方向切割第二密封部，从而移除相当于第二密封部的宽度的30％至90％的部分第二密封部。
此方法的特征在于同时执行金属片的焊接和对热粘合部进行热粘合。因此，电池单元可快速地制造，由此完成电池单元的大批量生产。
在步骤(d)处，第二密封部可进行切割，从而移除相当于第二密封部的宽度的约50％至90％的部分第二密封部，以便制造紧密电池单元。
在根据本发明的电池单元以及制造该电池单元的方法中，如上所述，金属片可安装在电池壳体中，由此有效地防止湿气的渗透以及电解质的泄漏。
同时，根据本发明的电池单元的种类没有特别限制。在具体示例中，电池单元可为锂二次电池，诸如锂离子(Li离子)电池、锂聚合物(Li聚合物)电池或锂离子聚合物(Li离子聚合物)电池，其展现高能量密度、放电电压以及输出稳定性。
通常，锂二次电池包含正极、负极、隔板以及含有锂盐的非水电解质。
例如，正极可通过将正极活性材料、导电剂以及黏合剂的混合物涂覆至正极集电器和/或正极集电延伸部并干燥所述混合物来制造。填料可按需要进一步添加至混合物。
通常，正极集电器和/或正极集电延伸部具有3μm至500μm的厚度。正极集电器和/或正极集电延伸部没有特别限制，只要正极集电器和/或正极集电延伸部展现高电导率、同时正极集电器和/或正极集电延伸部不在应用正极集电器和/或正极集电延伸部的电池中引发任何化学变化便可。举例而言，正极集电器和/或正极集电延伸部可由不锈钢、铝、镍、钛或塑料碳制成。替代地，正极集电器和/或正极集电延伸部可由表面用碳、镍、钛或银进行处理的铝或不锈钢制成。另外，正极集电器和/或正极集电延伸部可具有形成于其表面处的微观尺度的不平坦图案以便增加正极活性材料的黏着力。正极集电器和/或正极集电延伸部可以诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体以及无纺纤维体的多种形式进行配置。
正极活性材料可为但不限于层状化合物，诸如锂钴氧化物(LiCoO2)或锂镍氧化物(LiNiO2)，或者被一种或更多种过渡金属取代的化合物；由化学式Li1+xMn2-xO4(其中x＝0至0.33)表示的锂锰氧化物或者诸如LiMnO3、LiMn2O3或LiMnO2的锂锰氧化物；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，诸如LiV3O8、LiFe3O4、V2O5或Cu2V2O7；由化学式LiNi1-xMxO2(其中M＝Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B或Ga，且x＝0.01至0.3)表示的Ni位(Ni-sited)锂镍氧化物；由化学式LiMn2-xMxO2(其中M＝Co、Ni、Fe、Cr、Zn或Ta，且x＝0.01至0.1)或化学式Li2Mn3MO8(其中M＝Fe、Co、Ni、Cu或Zn)表示的锂锰复合氧化物；具有化学式的Li部分地被碱土金属离子取代的LiMn2O4；二硫化物；或Fe2(MoO4)3。
通常添加导电剂以使得导电剂具有基于包含正极活性材料的化合物的总重量的1重量％至30重量％。导电剂没有特别限制，只要导电剂展现高电导率、同时在应用导电剂的电池中不引发任何化学变化便可。举例而言，以下各者可被用作导电剂：石墨，诸如天然石墨或人造石墨；碳黑，诸如碳黑、乙炔黑、科琴黑、槽法碳黑、炉法碳黑、灯碳黑或夏用黑；导电纤维，诸如碳纤维或金属纤维；金属粉末，诸如氟化碳粉末、铝粉末或镍粉末；导电晶须，诸如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物，诸如氧化钛；或导电材料，诸如聚苯衍生物。
黏合剂为辅助在活性材料与导电剂之间黏合且辅助与集电器黏合的组份。黏合剂通常以基于包含正极活性材料的化合物的总重量的1重量％至30重量％的量进行添加。作为黏合剂的实例，可使用聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯丁二烯橡胶、氟橡胶以及各种共聚物。
填料为用于抑制正极膨胀的可选组份。对于填料没有特别的限制，只要填料在应用填充剂的电池中不导致任何化学变化且由纤维材料制成便可。作为填料的实例，可使用烯烃聚合物，诸如聚乙烯以及聚丙烯；以及纤维材料，诸如玻璃纤维以及碳纤维。
负极可通过将负极活性材料涂覆至负极集电器和/或负极集电延伸部并干燥所述负极活性材料来进行制造。上述的组份可按需要选择性地添加至负极活性材料。
通常，负极集电器和/或负极集电延伸部具有3μm至500μm的厚度。负极集电器和/或负极集电延伸部没有特别限制，只要负极集电器和/或负极集电延伸部展现高电导率、同时不在应用负极集电器和/或负极集电延伸部的电池中引发任何化学变化便可。举例而言，负极集电器和/或负极集电延伸部可由铜、不锈钢、铝、镍、钛或塑料碳制成。替代地，负极集电器和/或负极集电延伸部可由表面用碳、镍、钛、或银、或铝镉合金进行处理的铜或不锈钢制成。另外，负极集电器和/或负极集电延伸部可具有形成于其表面处的微观尺度的不平坦图案以便以与正极集电器和/或正极集电延伸部相同的方式增加负极活性材料的黏着力。负极集电器和/或负极集电延伸部可以诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体以及无纺纤维体的多种形式进行配置。
作为负极活性材料，例如，可使用碳，诸如非石墨化碳或石墨类碳；金属复合氧化物，诸如LixFe2O3(0≤x≤1)、LixWO2(0≤x≤1)、SnxMe1-xMe'yOz(Me：Mn、Fe、Pb、Ge；Me'：Al、B、P、Si，周期表的第1族、第2族以及第3族元素、卤素；0≤x≤1；1≤y≤3；1≤z≤8)；锂金属；锂合金；硅类合金；锡类合金；金属氧化物，诸如SnO、SnO2、PbO、PbO2、Pb2O3、Pb3O4、Sb2O3、Sb2O4、Sb2O5、GeO、GeO2、Bi2O3、Bi2O4或Bi2O5；导电聚合物，诸如聚乙炔；或Li-Co-Ni类材料。
隔板插置在正极与负极之间。作为隔板，例如，可使用展现高离子渗透性以及高机械强度的绝缘薄膜。隔板通常具有0.01μm至10μm的孔径以及5μm至300μm的厚度。作为用于隔板的材料，例如，使用由诸如聚丙烯的展现耐化学性以及疏水性的烯烃聚合物、玻璃纤维或聚乙烯制成的片或无纺纤维。在诸如聚合物的固体电解质用作电解质的情况下，固体电解质亦可充当隔板。
电解质可为含有锂盐的非水电解质，所述非水电解质由非水电解质溶液以及锂盐组成。非水有机溶剂、有机固体电解质或无机固体电解质可被用作非水电解质溶液。然而，本发明不限于此。
作为非水有机溶剂的实例，可提及非质子有机溶剂，诸如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸丙烯酯、碳酸乙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四羟基法兰克(Franc)、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、碳酸丙烯酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯以及丙酸乙酯。
作为有机固体电解质的实例，可提及聚乙烯衍生物、聚氧化乙烯衍生物、聚氧化丙烯衍生物、磷酸酯聚合物、聚搅拌赖胺酸(agitation lysine)、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯以及含有离子解离基团的聚合物。
作为无机固体电解质的实例，可提及锂(Li)的氮化物、卤化物以及硫酸盐，诸如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH以及Li3PO4-Li2S-SiS2。
锂盐为易于溶解在以上提及的非水电解质中的材料，且可包含，例如，LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、CF3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂肪族羧酸锂、四苯基硼酸锂以及酰亚胺。
另外，为了改进充电及放电特性和阻燃性，例如，可将吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、正乙二醇二甲醚、六磷三酰胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N取代的恶唑烷酮、N,N取代的咪唑啉、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝或类似物添加至非水电解质。根据情况，为了赋予不燃性，非水电解质可进一步包含含有卤素的溶剂，诸如四氯化碳以及三氟乙烯。另外，为了改进高温保持特性，非水电解质可进一步包含二氧化碳气体。而且，可进一步包含氟代碳酸乙烯酯(FEC)以及丙磺内酯(PRS)。
在优选的实例中，可将诸如LiPF6、LiClO4、LiBF4或LiN(SO2CF3)2的锂盐添加至环状碳酸酯与直链碳酸酯的混合溶剂，以制备含有锂盐的非水电解质，其中环状碳酸酯为高介电溶剂，诸如EC或PC；直链碳酸酯为低粘度溶剂，诸如DEC、DMC或EMC。
根据本发明的其他方面，提供包含一个或更多个电池单元的电池模块、包含一个或更多个电池模块的电池组以及包含所述电池组的装置。
附图说明
本发明的以上以及其他目的、特征以及其他优点将从以下详细描述结合附图而得到更清楚地理解，其中：
图1为示出由层合片制成的传统袋状电池的分解透视图；
图2为典型地示出形成图1的层合片的密封部的工序的截面图；
图3为示出根据本发明实施方式的电池单元的典型视图；
图4和图5为示出根据本发明的电池壳体的典型视图；
图6为示出金属片安装于形成在电池壳体中的第二间隔中的结构的典型视图；
图7为示出多种类型的金属片的典型视图；
图8为示出图7中所示的具有通孔形成在内部的金属片安装于第二间隔中的结构的典型视图；
图9为示出第二密封部的工序的典型视图；
图10为示出根据本发明另一实施方式的电池单元的典型视图。
具体实施方式
现在，本发明的示例性实施方式将参照附图进行详细描述。然而，应注意，本发明的范围不为图示的实施方式所限制。
图3为典型地示出根据本发明的实施方式的电池单元的视图。
参照图3，电池单元100配置成具有以下板状结构：在电池壳体108的外边缘112、114a、114b以及117被密封的状态下，将电极组件106和电解质一起被接纳在由包含树脂层以及金属层的层合片制成的电池壳体108中。
外边缘112、114a、114b以及117包含：前外边缘112，电极组件106的电极端子102和104自前外边缘112凸起；自前外边缘112延伸的侧外边缘114a和114b，侧外边缘114a和114b配置为形成电池单元100的侧部；以及在侧外边缘114a和114b之间延伸的后外边缘117，后外边缘117配置为形成电池单元100的后部。
金属片120和120'安装于侧外边缘114a和114b中。金属片120和120'都配置成具有板形状，且具有与侧外边缘114a和114b中的对应者相同的长度。
因此，根据本发明的电池单元100配置成具有通过金属片120和120'防止湿气渗透至电池单元100中的结构，金属片120和120'分别安装于侧外边缘114a和114b中。
金属片120和120'安装于形成在电池壳体106中的特定间隔中，以便防止湿气渗透至电池单元100中。在下文中，金属片120和120'将参照附图进行详细地描述。
图4和图5为示出根据本发明的电池壳体的典型视图，图6为典型地示出金属片安装于形成在电池壳体中的第二间隔中的结构的视图。
参照这些图以及图3，电池壳体108包含壳本体108b以及自壳本体108b的一个末端延伸的罩盖108a，壳本体108b具有形成于其中的第一间隔210。
壳本体108b包含自第一间隔210的末端向外延伸的粘合表面240。
在布置罩盖108a以便面向粘合表面240的情况下，热粘合部230得以形成。第二间隔220形成于热粘合部230外部。
电池壳体108包含聚丙烯层202、铝层204、定向尼龙层206以及聚对苯二甲酸乙二醇酯层208。在热粘合部230中，在罩盖108a的聚丙烯层202面向粘合表面240的聚丙烯层202'的状态下，对称地排列以上层。
当热粘合部230进行热粘合时，彼此面对的聚丙烯层202和202'接合至彼此以组成内树脂层117(参见图6)。如图6中所示，第一密封部150形成于电池单元100的侧外边缘114a和114b中的每一者中。
金属片120配置成插入且安装于形成在电池壳体108中的第二间隔220中。
金属片120在被插入第二间隔220中的状态下通过焊接耦接至电池壳体108的一部分，以组成第二密封部152。
如上所述，根据本发明的电池单元100配置成具有用于防止液体渗透的金属片120安装于第二密封部152中的结构，以便防止湿气渗透至安装有电极组件106的第一间隔160中，由此防止与湿气有关的问题出现。另外，即使在经由第一密封部150的内树脂层117传输第一间隔210中的电解质时，安装于第二密封部152中的金属片120阻止电解质泄漏至外部，由此防止了可发生在包含层合片的电池单元100中的电解质泄漏。
在电池壳体108中，当在第二间隔220外部执行焊接时，第二间隔220中的聚丙烯层202熔化，结果为铝层204a和204b暴露在第二间隔220中。因此，在铝层204a和204b与金属片120紧密接触的状态下，铝层204a和204b粘合并接合至金属片120。
金属片120可具有多种结构以便在铝层204a与金属片120之间的焊接的可靠度以及铝层204b与金属片120之间的焊接的可靠度得以改进的状态下有效地防止湿气渗透。
参照图7，当在垂直截面中检视时，金属片120a可具有无规则结构301。
在熔化的铝层204a和204b接合至具有无规则结构301的金属片120a的情况下，铝层204a与金属片120a之间的焊接以及接合面积和铝层204b与金属片120a之间的焊接以及接合面积可得以增加。
在另一实施例中，金属片120b可具有在其中金属片120b的一个末端的厚度如参考编号302所示逐渐减少的锥形结构。
在此结构中，金属片120b的锥形末端302可插入至自热粘合部230(或第一密封部150)延伸至第二间隔220中的部分115(参见图5)中。在末端302与铝层204a和204b紧密接触的状态下，插入的末端302可接合至层合片的铝层204a和204b。因此，没有间隔可以形成在热粘合部230(或第一密封部150)与金属片120b的末端之间，且铝层204a与金属片120b之间的接触面积以及铝层204b与金属片120b之间的接触面积可得以增加。
金属片120c可配置成具有在其中一个或更多个通孔303自金属片120c的顶部至底部形成于金属片120c中的结构。
在具有通孔303的金属片120c中，如图8中所示，铝层204a和204b与金属片120c的顶部和底部紧密接触的部分在焊接时熔化，且所述熔化的部分在通孔303中接合至彼此。另外，金属片120c可在通孔303中以及在金属片120c的顶部和底部上接合至铝层204a和204b。因此，金属片120c的焊接可靠度以及接合强度极高。
在其他实施例中，金属片120d和120e可配置成具有以下结构：金属片120d以及120e的顶部和底部自金属片120d和120e邻接于热粘合部230的末端向外凸起，如由参考编号304和305指示。
在这些结构中，因金属片120d和120e的凸起末端，在金属片120d和120e的末端304和305处熔化的金属片120d和120e的量可在焊接时得以增加。当金属片120d和120e的熔化的末端304和305填充自热粘合部230(或第一密封部150)延伸至第二间隔中的区域115(参见图5)时，金属片120d和120e可接合至铝层204a和204b。因此，没有间隔可以形成在热粘合部230(或第一密封部150)与金属片120d和120e的末端之间，且金属片120d和120e与铝层204a和204b之间的接合面积的尺寸可得以增加。
当金属片安装并耦接在第二间隔中以组成第二密封部时，如上所述，可切割第二密封部的一部分，如图9中所示。
具体而言，参照图9，第二密封部152a可在第二密封部152a的纵向方向(图3的A-A')上沿切割线B-B'进行切割，从而自第二密封部152a的外末端移除了相当于第二密封部152a的宽度W1的约30％的部分第二密封部152a。
通常，袋状电池单元的外边缘(外密封部)可得以形成，以便具有相当于电池单元的宽度和/或长度的10％至20％的长度，从而确保密封的可靠度。然而，袋状电池单元的不足之处在于，接纳于电池壳体中的电极组件的大小减少了电池单元的外密封部的长度，以便对应于在其中安装有电池单元的电装置的维度。
在根据本发明的电池单元中，进一步形成金属片所焊接至的第二密封部。因此，通过热粘合密封的第一密封部的宽度可设定成大大小于一般袋状电池单元的宽度。举例而言，第一密封部的宽度可为电池单元的宽度或长度的3％至5％。
另外，在切割第二密封部的情况下，如图9中所示，密封部所占据的电池单元的面积或宽度被最小化。因此，配置根据本发明的电池单元从而根据本发明的电池单元具有比一般袋状电池单元更紧密的尺寸是可行的。而且，电极组件的尺寸可增加传统第二密封部的长度，由此与具有相同外部维度的其他电池单元相比，增加电池单元的电力储存容量以及输出是可行的。
在图9中，为了描述的便利，切割线B-B'示出为邻接于第二密封部。然而，在金属片牢固地接合于第二间隔中的情况下，可在切割线被设定成邻接于第一密封部的状态下切割第二密封部。
图10为典型地示出根据本发明的另一实施方式的电池单元的视图。
参照图10，电池单元400配置成具有以下板状结构：在电池壳体408的外边缘412、414a、414b以及417被密封的状态下，将电极组件406和电解质接纳在由包含树脂层以及金属层的层合片制成的电池壳体408中。
外边缘412、414a、414b以及417包含：前外边缘412，电极组件406的电极端子402和404自前外边缘412凸起；自前外边缘412延伸的侧外边缘414a和414b，侧外边缘414a以及414b配置为形成电池单元400的侧部；以及在侧外边缘414a与414b之间延伸的后外边缘417，后外边缘417配置为形成电池单元400的后部。
金属片420a和420b安装在电池壳体408的侧外边缘414a和414b中。金属片420a和420b都配置成具有板形状，且具有大致与侧外边缘414a和414b中的对应者相同的长度。
金属片422安装于电池壳体408的后外边缘417中。金属片422配置成具有板形状，且具有大致与后外边缘417相同的长度。
在金属片424a、424b以及424c布置在电极端子402与404之间且布置在电极端子402和404的各自外部处从而金属片424a、424b以及424c不接触电极端子402和404的状态下，三个金属片424a、424b以及424c安装在电池壳体408的前外边缘412中。
在根据本发明的电池单元400中，如上所述，用于防止湿气渗透至电池单元400中的金属片420a、420b、422、424a、424b以及424c安装在湿气易于渗透至电池单元400中所经由的外边缘412、414a、414b以及417中，由此防止因湿气的渗透所致与安全和稳定性有关的问题出现是可行的。
另外，金属片420a、420b、422、424a、424b以及424c加固电池单元的外边缘。因此，抵挡因将外力施加至电池单元所致的电池单元的变形是可行的。举例而言，限制电池单元变形或扭曲的现象是可行的。
尽管本发明的示例性实施方式出于图示目的已进行公开，但本领域的技术人员将了解，在不脱离如所附权利要求书所公开的本发明的范围以及精神的情况下，各种修改、添加以及替换都是可行的。
工业利用性
如从以上描述中显而易见的是，根据本发明的电池单元配置成具有以下结构：用于防止湿气或电解质传输通过的金属片安装在电池单元的外边缘中，从而湿气无法渗透至安装有电极组件的第一间隔中，或电解质不会自第一间隔漏泄至外部。
另外，金属片加固层合片的外边缘，所述层合片具有相对低的刚度，由此电池壳体的强度得以增加。

Claims (23)

1.一种板状电池单元，配置为具有以下结构：在电池壳体的外边缘被密封的状态下，将电极组件与电解质一起接纳在由包括树脂层以及金属层的层压片制成的电池壳体中，其中
所述电池壳体包括：
热粘合至彼此以组成所述电池单元第一密封部的热粘合部；
用于接纳所述电极组件的第一间隔；以及
形成在所述热粘合部外部的第二间隔，所述第二间隔与所述热粘合部一起组成所述电池壳体的外边缘，且其中
用于防止湿气自外部渗透至所述第一间隔中的金属片安装在至少一个所述第二间隔中。
2.如权利要求1所述的电池单元，其中所述金属片藉由焊接在至少一个所述第二间隔中而耦接至所述电池壳体的金属层以形成第二密封部，所述第二密封部用于防止湿气渗透至所述第一密封部中。
3.如权利要求2所述的电池单元，其中
所述电池壳体为袋状电池壳体，配置成具有以下结构：聚丙烯层、铝层以及选自尼龙层和聚对苯二甲酸乙二醇酯层中的一种或者更多种自所述电池壳体内部朝向所述电池壳体外部进行顺序堆叠，且
在至少一个所述第二间隔中，所述金属片焊接至所述电池壳体的铝层。
4.如权利要求3所述的电池单元，其中，当所述电池壳体的铝层因在至少一个所述第二间隔中的聚丙烯层被焊接所熔化而暴露在至少一个所述第二间隔中时，在所述电池壳体的铝层与所述金属片紧密接触的状态下，所述电池壳体的铝层接合至所述金属片。
5.如权利要求2所述的电池单元，其中所述金属片具有0.01mm至5mm的厚度。
6.如权利要求5所述的电池单元，其中所述金属片具有0.1mm至3mm的厚度。
7.如权利要求2所述的电池单元，其中所述金属片为具有相当于每一个热粘合部长度50％至100％的长度的板。
8.如权利要求2所述的电池单元，其中所述金属片由选自铝、铜、铅以及锡中的一种或更多种材料制成。
9.如权利要求3所述的电池单元，其中所述金属片的外表面配置成在垂直截面中具有无规则结构，以便增加所述金属片的外表面与所述电池壳体的铝层之间的接合力，同时确保所述金属片的外表面相对于所述铝层的大的焊接面积。
10.如权利要求3所述的电池单元，其中所述金属片具有一个或更多个形成在内部的通孔，从而在焊接时熔化的所述铝层的至少一部分在所述通孔中接合至所述金属片。
11.如权利要求3所述的电池单元，其中所述金属片的至少一部分配置成具有所述金属片的至少一部分的厚度朝向所述热粘合部逐渐减少的锥形结构。
12.如权利要求3所述的电池单元，其中所述金属片配置成具有以下结构：所述金属片面向所述热粘合部的末端以及邻接于所述金属片的所述末端的所述金属片顶表面以及底表面向外凸起。
13.如权利要求2所述的电池单元，其中所述焊接使用超声波焊机或超缝焊机来执行。
14.如权利要求1所述的板状电池单元，其中
所述电池壳体包括形成所述第一间隔的壳本体以及自所述壳本体的一个末端延伸或与所述壳本体分开提供的罩盖，且
所述壳本体包括自所述第一间隔的各自末端向外延伸的粘合表面，所述粘合表面面向所述罩盖以形成所述热粘合部和所述第二间隔。
15.如权利要求14所述的电池单元，其中
所述热粘合部被粘合以便具有相当于每一个所述粘合表面的宽度的20％至50％的宽度，从而组成所述第一密封部，且
每一个所述第二间隔焊接至所述金属片以便具有相当于每一个所述粘合表面宽度的50％至80％的宽度，由此组成第二密封部。
16.如权利要求15所述的电池单元，其中在所述第二密封部焊接至所述金属片的状态下，所述第二密封部在纵向方向上被切割所述第二密封部宽度的50％至90％。
17.如权利要求1所述的电池单元，其中金属片仅安装在除了电极端子位于其中的一个第二间隔以外的其他第二间隔中。
18.如权利要求1所述的电池单元，其中金属片安装于电极端子位于其中的一个第二间隔的部分中，从而所述金属片不接触所述电极端子，且安装在所有的其他第二间隔中。
19.一种制造如权利要求1至18中任一项所述的电池单元的方法，所述方法包括：
(a)将电极组件和电解质接纳在第一间隔中，以及置放罩盖和壳本体，从而所述罩盖与所述壳本体彼此相对以形成热粘合部以及第二间隔；
(b)热粘合所述热粘合部以形成第一密封部；
(c)将金属片插入至每一个所述第二间隔中；
(d)使用焊机在每一个所述第二间隔中将所述金属片焊接至电池壳体以形成第二密封部；以及
(e)沿所述第二密封部的纵向方向切割所述第二密封部，从而移除相当于所述第二密封部宽度的30％至90％的部分第二密封部。
20.一种制造如权利要求1至18中任一项所述的电池单元的方法，所述方法包括：
(a)将电极组件和电解质接纳在第一间隔中，以及置放罩盖和壳本体，从而所述罩盖与所述壳本体彼此相对以形成热粘合部以及第二间隔；
(b)在邻接于所述热粘合部的每一个所述第二间隔中安装金属片；
(c)使用焊机在每一个所述第二间隔中将所述金属片焊接至电池壳体且使用在焊接期间产生的热来热粘合所述热粘合部以形成第一密封部和第二密封部；以及
(d)沿所述第二密封部的纵向方向切割所述第二密封部，从而移除相当于所述第二密封部宽度的30％至90％的部分第二密封部。
21.一种包括如权利要求1至18中任一项所述的一个或更多个电池单元的电池模块。
22.一种包括如权利要求21所述的一个或更多个电池模块的电池组。
23.一种包括如权利要求22所述的电池组的装置。
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