CN108260362A - 使用热熔固定结构制造电池组的方法及使用该方法制造的电池组 - Google Patents

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Abstract

本文披露了一种制造电池组的方法，所述电池组包括电池单元，所述电池单元具有与电解液一起容纳于由包括金属层和树脂层的层压片制成的电池壳体中的电极组件。

Description

使用热熔固定结构制造电池组的方法及使用该方法制造的电 池组
技术领域
本申请要求于2015年4月15日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第2015-0052877号的权益，通过引用将上述专利申请的公开内容作为整体结合在此。
本发明涉及使用热熔固定结构制造电池组的方法及使用该方法制造的电池组。
背景技术
随着移动装置的持续发展以及对于这些移动装置需求的增加，对于二次电池的需求也迅猛增长。在这些二次电池中，表现出高能量密度和工作电压以及优异的充电保持能力和寿命特性的锂二次电池已被广泛用作各种电子产品以及各种移动装置的能源。
根据使用二次电池的外部装置的种类，二次电池可配置成其中二次电池可被容易地从外部装置插入和移出的可拆式结构或者可配置成二次电池被嵌入外部装置中的嵌入式结构。例如，可拆式二次电池可根据需要插入诸如笔记本电脑之类的装置或从所述装置移出。另一方面，诸如某些种类的移动电话、MPEG音频层3(MP3)播放器、平板电脑和智能平板之类的装置因其结构或容量而需要嵌入式电池组。
此外，锂二次电池中包含各类可燃材料。因此，在锂二次电池过充、锂二次电池中过流、或向锂二次电池施加一些其他的外部物理冲击的情况下，锂二次电池可被加热或者可能会爆炸。也就是说，锂二次电池的安全性非常低。为此，将能够有效地控制锂二次电池的异常状态(例如锂二次电池的过充或锂二次电池中过流)的诸如正温度系数(PTC，Positive Temperature Coefficient)元件和保护电路模块(PCM，Protection CircuitModule)之类的安全元件连接至锂二次电池的电池单元。
优选地，制造这样的二次电池使其具有尽可能小的尺寸和重量。为此，具有较小的重量容量比的棱状电池或袋状电池通常被用作二次电池的电池单元。特别地，目前主要关注的是使用铝层压片作为包覆构件的袋状电池，因为这种袋状电池重量轻并且袋状电池的制造成本低。
在使用如上所述的袋状电池单元制造电池组的情况下，在电池单元安装到壳体的状态下，将PCM连接并固定至电池单元的电极，并且将标签贴附至壳体的外表面，由此制造电池组。例如，壳体可包括耦接至彼此以围绕电池单元的外表面的上盖和下盖。或者，壳体可配置成具有用于固定电池单元的外边缘的框架结构。
然而，对电池单元具有紧凑的结构并展现出提高的结构稳定性的要求有所增加。因此，已经采用通过热熔工艺围绕电池单元的外边缘的方法来代替框架。
具体地说，图1是示意性地示出传统的热熔工艺中使用的模具的结构的截面图。
参照图1，电池单元130位于模具110中，将热熔树脂通过形成于模具的上部和下部中的注入口120注入模具110中，以便用树脂包裹电池单元的外边缘。
随后，将外边缘已被树脂包裹的电池单元130从模具110移出，然后，尽管未示出，将保护电路板和容纳在PCM壳体中的安装PCB的PCM装载在电池单元的接收部的外表面上，并且使用双面胶带热焊接电池单元的多余部分(即阶台)，由此组装电池组。
然而，在使用上述方法的情形中，通过注入口注入的热熔树脂不分布至远离注入口的模具部分，由此模制产品的缺陷率增加。当为了将树脂分布到远离注入口的模具部分而向热熔树脂施加高压时，高压冲击施加于电池单元。
此外，在使用双面胶带安装PCM的情形中，PCM易于因外部冲击而变得不稳定，且因使用诸如双面胶带、下壳体和PCM保持器之类的各种部件而增加额外的成本。
因此，非常需要能够降低工艺缺陷率、提高电池组的耐用性、降低电池组的制造成本并且最大化电池组的容量的电池组制造技术。
发明内容
技术问题
因此，作出本发明是为了解决以上问题以及其他尚待解决的技术问题。
具体地说，本发明的目的是提供经配置使PCB稳固地安装到电池单元上的电池组，其中，通过在执行热熔工艺时在模具中适当地布置注入口并且增加注入口的数量而在不使用额外构件的情况下，在低压下执行注模成型并且同时提高热熔树脂的流动性，由此降低热熔工艺中的缺陷率。
技术方案
根据本发明的一个方面，以上及其他目的能够通过提供一种制造电池组的方法而得以完成，所述电池组包括电池单元，所述电池单元具有与电解液一起容纳于由包括金属层和树脂层的层压片制成的电池壳体中的电极组件，所述方法包括：
(a)将电池单元的电极端子电连接至其上形成有保护电路的保护电路板(PCB)的电极端子连接部分，
(b)将上壳体耦接至PCB的上部，
(c)使电池单元的设置有电极端子的上部密封部分弯曲，并且将已耦接至上壳体的PCB装载到电池单元的上端，使得PCB平行于电池单元的电极组件接收部的外壁，
(d)将已耦接至彼此的上壳体、PCB和电池单元置于模具中，所述模具设置在对应于电池单元的外围边缘的区域中并且具有两个或更多个注入口，通过所述注入口注入热熔树脂，
(e)通过注入口注入热熔树脂以执行热熔工艺，其中热熔树脂填充上壳体、PCB、电池单元与模具之间限定的空间，及
(f)从模具移出所得结构并且用标签包裹所得结构。
步骤(b)可包括将上壳体耦接至PCB的上部，使在PCB的上表面上形成的外部输入端子和输出端子通过上壳体中形成的开口暴露。
上部密封部分是指在将电极组件安装到处于密封状态的电池壳体中时于形成的密封的外边缘之一处所形成的具有多余空间的部分。上部密封部分对于本发明所属领域的技术人员来说将是显而易见的，因此将省略对其进行详细描述。
此外，外边缘是指代替传统的安装电池单元的框架而围绕电池单元的外周的边缘。
在一个具体例子中，模具可包括耦接至彼此以执行热熔工艺的下模具和上模具，可将对应于已耦接至彼此的上壳体、PCB和电池单元的外部形状的结构刻在选自下模具和上模具的至少一个中。具体地说，可将对应于上壳体、PCB和电池单元的外部形状的结构刻在下模具中。
此外，形成注入口的位置没有特别限制。注入口可形成于上模具和/或下模具中。具体地说，注入口可形成于下模具中。
也就是说，在根据本发明的制造电池组的方法中，将耦接至彼此的上壳体、PCB和电池单元置于下模具和上模具之间，将下模具和上模具耦接至彼此，并且将热熔树脂通过形成于模具中的注入口注入模具中以形成电池单元的外边缘，由此制造电池组。
此外，在如上所述的通过传统的热熔工艺制造电池组的方法中，模具中形成的注入口的数量不大，结果导致热熔树脂难以均匀地分布在模具中。此外，当通过高压成型在电池单元处形成外边缘时，在高压下注入热熔树脂，结果导致冲击施加于电池单元。
作为种种广泛而深入的研究和实验的结果，本申请的发明人已经发现，在注入口的最小数量为八的情形下，上述问题得以解决。因此，具体地说，模具可具有八个或更多个注入口。
具体地说，两个或更多个注入口可形成于模具的上部中，即设置电极端子的位置处，使得电池单元的设置PCB的上部外围边缘加厚地形成，以便在不使用传统的PCM壳体的情况下将PCB稳固地固定并安装至电池单元。或者，两个或更多个注入口可形成于模具的下部中，以使用于固定电池单元的外围边缘形成于电池单元的下端处，同时电池单元的下端不用下壳体而被密封。在另一种可选方案中，在模具的每一个侧部的中间可形成一个注入口，以使需要用来保护电池单元免受外部冲击的外围边缘形成于电池单元的侧表面处，而不使用设置在电池单元处的传统侧框架。具体地说，注入口可形成于模具的两个或更多个区域中。此外，注入口可形成于模具的所有区域中，从而可展现出所有效果。
此外，至少一个注入口可形成于模具的外围边角(peripheral corner)中，使得当热熔树脂在模具中流动时，树脂不穿过模具的弯曲部，所述弯曲部可干扰树脂的流动。具体地说，注入口可形成于模具的所有外围边角中。“外围边角”是指模具的两个邻近的周边侧面交叉的部分。
注入口之间的距离的范围可以是10mm至15mm。
在注入口之间的距离小于10mm的情况下，模具中形成的注入口的数量过度增加，导致制造工艺复杂并且制造成本增加。另一方面，在注入口之间的距离大于15mm的情况下，热熔树脂的移动距离增加，导致难以实现本发明的期望效果。
因此，在根据本发明的制造电池组的方法中，注入口之间的距离减小，注入口有效地布置在模具中，由此相较于传统技术，提高了热熔树脂的流动性并且在低温下形成外围边缘。
此外，在根据本发明的制造电池组的方法中，步骤(e)可包括除在电池单元处形成外围边缘之外，通过热熔工艺将PCB固定至电池单元的上部。
因此，在根据本发明的制造电池组的方法中，上壳体、PCB和电池单元仅通过如上所述的使用模具执行的热熔工艺耦接至彼此，由此不需要诸如以下各种构件：将PCB装载在电池单元上所需的PCM壳体、安装电池单元所需的框架以及用于密封电池组的下端的下壳体。因此，制造电池组所需的部件数量大大减少，由此可以降低制造成本。此外，电池单元的尺寸随省略的部件的体积成比例地增加，由此可以使电池单元的容量最大化。
在本发明中，在热熔工艺中注入的树脂种类没有特别限制。优选地，本发明中使用的树脂相较于传统的热熔型电池组具有能够将PCB稳固地固定至电池单元的物理特性同时降低成本。具体地说，热熔树脂可以是选自由聚酰胺(Polyamide)树脂组成的组的至少一种。
聚酰胺树脂能够承受范围为-40℃至125℃的温度。因此，聚酰胺树脂展现出优异的耐热性和耐冷性。此外，聚酰胺树脂的硬化时间短，由此聚酰胺树脂可被注入。此外，通过低温、低压注入还可以减少工艺时间，由此可大量生产聚酰胺树脂。因此，可更优选使用聚酰胺树脂。
此外，热熔工艺可在180℃至200℃的温度下执行。
在低于180℃的温度下执行热熔工艺的情况下，通过热熔工艺形成的外围边缘的强度可能会达不到期望水平。另一方面，在高于200℃的温度下执行热熔工艺的情况下，过量的热施加于电池单元，导致电池单元可能会被损坏。
此外，热熔工艺可在1bar至3bar的压力下执行。
在低于1bar的压力下执行热熔工艺的情况下，很难将模具中的热熔树脂分布至期望距离。另一方面，在高于3bar的压力下执行热熔工艺的情况下，过量的压力施加于电池单元，导致电池单元可能会被损坏。
在一个具体的实例中，电池单元可具有如下结构：其中在电池组件安装在由包括树脂层和金属层的层压片制成的电池壳体中的状态下，电池组件的外边缘被密封。就电池单元的形状而言，电池单元可配置成具有板状矩形结构。
此外，电池组可以是易于插入装置和从装置移出的可拆式电池组。
根据本发明的另一方面，提供一种使用上述方法制造的电池组。
根据本发明的又一方面，提供包括所述电池组作为能源的装置。所述装置的具体实例可以是移动电话、便携式电脑、智能手机、智能平板、平板电脑和上网本。然而，本发明并不限于此。
附图说明
图1是示意性地示出传统的热熔工艺中使用的模具的结构的截面图；
图2是示出根据本发明的实施方式将上壳体、电池单元和保护电路板PCB耦接的方法的示意图；
图3是示出使用图2的方法耦接的上壳体、电池单元和PCB的结构的示意图；
图4是示意性地示出根据本发明的实施方式的模具的截面图，在所述模具中设置有图3所得的结构；
图5是示意性地示出将热熔树脂注入图4的模具中的工艺的截面图；
图6是示意性地示出在完成图5的工艺之后从所述模具移出图5所得的结构和标记图5所得的结构的工艺的截面图；
图7是示出通过图2至图6的工艺制造的电池组的透视图；
图8是示意性地示出图4的下模具的结构的截面图；
图9是示出根据实施例1制造的电池组的照片；和
图10是示出根据比较例1制造的电池组的照片。
具体实施方式
现在，将参照附图对本发明示例性的实施方式加以详细描述。然而，应当注意，本发明的范围并不受限于这些说明性的实施方式。
图2是示出根据本发明的实施方式将上壳体、电池单元和保护电路板(PCB)耦接的方法的示意图，图3是示出使用图2的方法耦接的上壳体、电池单元和PCB的结构的示意图，图4是示意性地示出根据本发明的实施方式的模具的截面图，在所述模具中设置有图3所得的结构，图5是示意性地示出将热熔树脂注入图4的模具中的工艺的截面图，图6是示意性地示出在完成图5的工艺之后从所述模具移出图5所得的结构和标记图5所得的结构的工艺的截面图，图7是示出通过图2至图6的工艺制造的电池组的透视图。
将参照图2至图7描述根据本发明的电池组200的制造方法。
首先参照图2和图3，将电池单元300的电极端子320电连接至其上形成有保护电路的PCB 400的电极端子连接部分410，然后将上壳体500耦接至PCB 400的上部。此时，上壳体500耦接至PCB 400的上部，使在PCB 400的上表面上形成的外部输入端子和输出端子通过上壳体500中形成的开口510暴露。
随后，使电池单元300的设置有电极端子320的上部密封部分310弯曲，并且将已耦接至上壳体500的PCB 400装载到电池单元300的上端，使得PCB 400平行于电池单元的电极组件接收部的外壁。
如图4所示，将如上所述的已连接至彼此的上壳体500、PCB 400和电池单元300置于模具中，所述模具设置在对应于电池单元300的外围边缘330的区域中并且具有两个或更多个注入口，通过该注入口注入热熔树脂。模具包括耦接至彼此以执行热熔工艺的下模具210和上模具220。注入口211形成于下模具210中。尽管未示出，将对应于已耦接至彼此的上壳体、PCB和电池单元的外部形状的结构刻在选自下模具210和上模具220的至少一个中。
随后，如图5所示，通过注入口211注入热熔树脂以执行热熔工艺，其中热熔树脂填充上壳体500、PCB 400、电池单元300与模具210之间限定的空间。通过热熔工艺将PCB 400固定至电池单元300的上部。
最后，如图6和图7所示，从模具210移出上述部件并且用标签600包裹上述部件，从而制造电池组200。
也就是说，在根据本发明的制造电池组200的方法中，将耦接至彼此的上壳体500、PCB 400和电池单元300置于下模具210和上模具220之间，将下模具210和上模具220耦接至彼此，将热熔树脂通过下模具210中形成的注入口211注入以在电池单元300处形成外围边缘，由此制造电池组200。
在如上所述制造的电池组200中，不需要诸如以下各种构件：将PCB400装载在电池单元300上所需的PCM壳体、安装电池单元所需的框架以及用于密封电池组的下端的下壳体。因此，制造电池组所需的部件数量大大减少，由此可以降低制造成本。此外，电池单元的尺寸随省略的部件的体积成比例地增加，由此可以使电池单元的容量最大化。
此外，上壳体500、PCB 400和电池单元300仅通过热熔工艺耦接至彼此，由此可以提高制造效率。
此外，将参照图8更加详细地描述下模具210的结构，图8是示意性地示出图4的下模具的结构的截面图。
具体地说，参照图8以及图6和图7，在下模具210中形成八个注入口211。具体地说，在下模具210的设置有电极端子的上部210a中形成三个注入口211，在下模具210的下部210b中形成三个注入口211，并且在下模具210的每个侧部210c的中间形成一个注入口211。
也就是说，注入口211形成于下模具210的所有区域中，由此可以电池单元的设置PCB的上部的外围边缘加厚地形成，以便在不使用传统的PCM壳体的情况下将PCB稳固地固定并安装至电池单元；以便不使用下壳体而密封电池单元300的下端并且在电池单元300的下端形成需要用来固定电池单元300的外围边缘330；以及以便使需要用来保护电池单元300免受外部冲击的外围边缘330形成于电池单元300的侧表面处，而不使用设置在电池单元处的传统侧框架。
此外，由于注入口211形成于下模具的所有外围边角212中，因此当热熔树脂在模具中流动时，热熔树脂不穿过模具的弯曲部，由此提高了热熔树脂的流动性。
注入口211之间的距离d和d’的范围可为10mm至15mm。
在注入口211之间的距离d和d’小于10mm的情况下，下模具210中形成的注入口211的数量过度增加，导致制造工艺复杂并且制造成本增加。另一方面，在注入口211之间的距离d和d’大于15mm的情况下，热熔树脂的移动距离增加，导致难以实现本发明的期望效果。
综上所述，在根据本发明的制造电池组200的方法中，注入口211之间的距离减小，注入口211沿下模具210有效地设置，由此相较于传统技术，提高了热熔树脂的流动性并且在低压下形成外围边缘330。
下文中，将参照以下实施例更加详细地描述本发明。这个实施例仅仅提供为了说明本发明，而不应当解读为限制本发明的范围。
<实施例1>
将耦接至彼此的电池单元、PCM和上壳体置于具有八个注入口的模具中，使用聚酰胺树脂：当地630树脂(Austromelt)作为热熔树脂在190℃的温度下和2bar的压力下执行热熔工艺。从模具移出模制产品，然后用标签包裹所述模制产品，从而制造电池组。
在图9中示出所制造的电池组的照片。
<比较例1>
使用双面胶带将包括PCM壳体的PCM贴附至电池单元的外表面，将上壳体耦接至PCM的上部，并且将下壳体耦接至电池单元的下端。
将如上所述耦接的电池单元、PCM、PCM壳体、双面胶带、上壳体和下壳体置于具有两个注入口的模具中，使用聚酰胺树脂：Bostic TH8671作为热熔树脂在190℃的温度下和2bar的压力下执行热熔工艺。从模具移出模制产品，然后用标签包裹所述模制产品，从而制造电池组。
在图10中示出所制造的电池组的照片。
从图10所示的电池组的照片可以看出，在根据比较例1制造的电池组中，在注入热熔树脂之后，电池组的侧部未充满热熔树脂，由此在电池组中存在未模制的部分。此外，发生溢出现象，其中热熔树脂在电池组的上部溢出，由此电池组的尺寸出现偏差。
相比之下，从图9所示的电池组的照片可以看出，在根据实施例1制造的电池组中，电池组被热熔树脂完全填充，并且没有发生溢出现象，由此电池组的尺寸不会出现偏差。
如上所述，在根据本发明制造电池组的方法中，通过热熔工艺将上壳体、PCB和电池单元同时耦接至彼此，而不使用诸如双面胶带和PCM壳体之类的额外的构件，由此可因部件数量的减少而提高制造效率并且降低制造成本。此外，在根据本发明制造电池组的方法中，在模具中形成两个或更多个注入口以便提高模具中的热熔树脂的流动性，由此可以通过热熔树脂填充在模具中而提高效率并且降低模制产品的缺陷率。此外，在低压下在电池单元处形成外围边缘，由此可在热熔工艺过程中使施加至电池单元的冲击最小化。此外，可使用热熔固定结构提高电池组的耐用性。此外，与传统的使用框架和热熔树脂安装电池单元的制造电池组的框架热熔型方法相比较，不在电池单元处设置侧框架，由此可与之成比例地增加电池单元的尺寸，从而可增加电池组的容量。
虽然出于说明性目的披露了本发明的示例性实施方式，但是本领域技术人员将理解，在不偏离如所附权利要求所披露的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、添加以及替换是可能的。
工业实用性
从上述描述显而易见的是，在根据本发明制造电池组的方法中，通过热熔工艺将上壳体、PCB和电池单元同时耦接至彼此，而不使用诸如双面胶带和PCM壳体之类的额外的构件，由此可因部件数量的减少而提高制造效率并且降低制造成本。此外，在根据本发明制造电池组的方法中，在模具中形成两个或更多个注入口以便提高模具中的热熔树脂的流动性，由此可以通过热熔树脂填充在模具中而提高效率并且降低模制产品的缺陷率。此外，在低压下在电池单元处形成外围边缘，由此可在热熔工艺过程中使施加至电池单元的冲击最小化。此外，可使用热熔固定结构提高电池组的耐用性。此外，与传统的使用框架和热熔树脂安装电池单元的制造电池组的框架热熔型方法相比较，不在电池单元处设置侧框架，由此可与之成比例地增加电池单元的尺寸，从而可增加电池组的容量。

Claims (21)

1.一种制造电池组的方法，所述电池组包括电池单元，所述电池单元具有与电解液一起容纳于由包括金属层和树脂层的层压片制成的电池壳体中的电极组件，所述方法包括：
(a)将电池单元的电极端子电连接至其上形成有保护电路的保护电路板(PCB)的电极端子连接部分；
(b)将上壳体耦接至所述PCB的上部；
(c)使所述电池单元的设置有所述电极端子的上部密封部分弯曲，并且将已耦接至所述上壳体的所述PCB装载到所述电池单元的上端，使得所述PCB平行于所述电池单元的电极组件接收部的外壁；
(d)将已耦接至彼此的所述上壳体、所述PCB和所述电池单元置于模具中，所述模具设置在对应于所述电池单元的外围边缘的区域中并且具有两个或更多个注入口，通过所述注入口注入热熔树脂；
(e)通过所述注入口注入热熔树脂以执行热熔工艺，其中所述热熔树脂填充所述上壳体、所述PCB、所述电池单元与所述模具之间限定的空间；和
(f)从所述模具移出所得结构并且用标签包裹所得结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池单元配置成具有板状矩形结构。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池组是易于插入装置和从装置移出的可拆式电池组。
4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(b)包括将所述上壳体耦接至所述PCB的上部，使在所述PCB的上表面上形成的外部输入端子和输出端子通过所述上壳体中形成的开口暴露。
5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(e)包括通过所述热熔工艺将所述PCB固定至所述电池单元的上部。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述模具包括耦接至彼此以执行所述热熔工艺的下模具和上模具，并且其中将对应于已耦接至彼此的所述上壳体、所述PCB和所述电池单元的外部形状的结构刻在选自所述下模具和所述上模具的至少一个中。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述注入口形成于所述下模具中。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述模具具有八个或更多个注入口。
9.根据权利要求1所述的方法，其中两个或更多个注入口形成于所述模具的上部中，所述电极端子位于所述模具的上部处。
10.根据权利要求1所述的方法，其中两个或更多个注入口形成于所述模具的下部中。
11.根据权利要求1所述的方法，其中一个注入口形成于所述模具的各个侧部的中间。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述注入口形成于所述模具的所有区域中。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述注入口的至少一个形成于所述模具的外围边角中。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述注入口形成于所述模具的所有外围边角中。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述注入口之间的距离是10mm至15mm。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述热熔树脂是选自由聚酰胺树脂组成的组的至少一种。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述热熔工艺在180℃至200℃的温度下执行。
18.根据权利要求1所述的方法，其中所述热熔工艺在1bar至3bar的压力下执行。
19.一种电池组，使用根据权利要求1至18的任何一个所述的方法制造。
20.一种装置，包括根据权利要求19所述的电池组作为能源。
21.根据权利要求20所述的装置，其中所述装置选自移动电话、便携式电脑、智能手机、智能平板、平板电脑和上网本。
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