CN110073517B - 具有改进安全性的电池单元 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一个实施例的电池单元包括：电极组件；电极引线，其连接到电极组件；袋壳体，其被构造成容纳电极组件，并且在电极引线被引出到外部的状态下被密封；以及灭火单元，其布置在袋壳体中，并且在达到基准温度或更高温度时喷射灭火粉末。

Description

具有改进安全性的电池单元

技术领域

本公开涉及一种具有改进安全性的电池单元，更具体地，本公开涉及这样一种电池单元：通过将包含灭火剂的灭火装置插入其中，从而所述电池单元具有抵抗燃烧和爆炸的改进安全性。

本申请要求2017年4月25日在韩国提交的韩国专利申请第10-2017-0052904号的优先权，该申请的公开内容通过引用并入本文。

背景技术

随着诸如摄像机、蜂窝电话和便携式PC这样的便携式电子产品被更广泛地使用，主要用作这些便携式电子产品的驱动电源的二次电池的重要性不断增加。

不同于不能再充电的一次电池，在诸如数码相机、蜂窝电话、膝上型计算机、电动工具、电动自行车、电动车辆、混合动力车辆和大容量蓄电装置这样的高科技领域，正在对能够充电和放电的二次电池进行积极研究。

特别地，与诸如铅蓄电池、镍镉电池、镍氢电池和镍锌电池这样的其他二次电池相比，锂二次电池具有较高的单位重量能量密度，并且允许快速充电，因此被越来越多地使用。

锂二次电池具有3.6V或更高的工作电压。锂二次电池用作便携式电子装置的电源，或者多个锂二次电池串联或并联连接并用于高输出电动车辆、混合动力电动车辆、电动工具、电动自行车、蓄电装置或UPS。

锂二次电池的工作电压比镍镉电池或镍金属氢化物电池高三倍，并且具有较高的单位重量能量密度。因此，锂二次电池趋向于越来越多地使用。

根据电解质类型，锂二次电池可以分为使用液体电解质的锂离子电池和使用聚合物固体电解质的锂离子聚合物电池。此外，根据聚合物固体电解质的类型，锂离子聚合物电池可以分为不包含任何电解质溶液的纯固体锂离子聚合物电池和使用包含电解质溶液的凝胶聚合物电解质的锂离子聚合物电池。

在使用液体电解质的锂离子电池中，柱形或矩形金属罐通常用作呈焊接和密封形式的容器。由于使用金属罐作为容器的罐式二次电池具有固定的形状，因此存在限制使用罐式二次电池作为电源的电气产品的设计以及难以减小体积的缺点。因此，已经开发和使用了通过将电极组件和电解质放入由薄膜制成的袋包装材料中并密封所述袋包装材料而制备的袋式二次电池。

然而，锂二次电池过热时有爆炸的危险，因此确保安全很重要。锂二次电池由于各种因素而过热，其中一个因素是通过锂二次电池的过载电流超过极限。如果流过过载电流，锂二次电池被焦耳热加热，因此电池的内部温度迅速上升。此外，温度的快速上升引起电解质的分解反应，从而引起热失控，最终导致电池爆炸。过载电流发生在以下情况下：尖锐金属物体穿透锂二次电池；由于介于正极电极和负极电极之间的分隔件的收缩而使得正极电极和负极电极之间的绝缘被破坏；由于充电电路或连接到外部的负载等的异常而向电池施加冲击电流。

因此，锂二次电池与保护电路结合使用，以保护电池免受诸如过载电流的异常情况的影响，保护电路通常包括熔断器元件，用于在过载电流发生时、不可逆地断开充电或放电电流流经的线路。

图1是用于示出设置在保护电路中的熔断器元件的布置和操作机制的电路图，该保护电路联接到包括锂二次电池的电池组。

如图1所示，为了在发生过载电流时保护电池组，保护电路包括熔断器元件1、用于感测过载电流的感测电阻器2、用于监测过载电流的发生并在过载电流发生时操作熔断器元件1的微控制器3以及用于对工作电流向熔断器元件1的流入进行切换的开关4。

熔断器元件1安装在连接到电池组的最外侧端子的主线上。主线是指充电电流或放电电流流经的线路。在图1中，示出了熔断器元件1被安装在高电位线(Pack+)处。

熔断器元件1是三端子元件，其中两个端子连接到充电或放电电流流经的主线，一个端子连接到开关4。此外，熔断器元件1包括熔断器1a和电阻器1b，所述熔断器1a串联连接到主线，并在一定温度下熔化并切断，所述电阻器1b用于向熔断器1a施加热量。

微控制器3周期性地检测感测电阻器2两端的电压，并监测是否发生过载电流。如果确定发生过载电流，则微控制器3接通开关4。如果是这样，在主线上流动的电流被旁路到熔断器元件1并施加到电阻器1b。因此，在电阻器1b处产生的焦耳热被传导到熔断器1a，以升高熔断器1a的温度。如果熔断器1a的温度上升到熔化温度，则熔断器1a熔化并切断，使得主线不可逆地断开。如果主线断开，则过载电流不再流动，从而克服了由过载电流引起的问题。

然而，上述常规技术有几个问题。换句话说，如果微控制器3断开，即使发生过载电流，开关4也不接通。在这种情况下，电流不流入熔断器元件1的电阻器1b，因此熔断器元件1不工作。此外，在保护电路内部单独需要用于设置熔断器元件1的空间，并且在微控制器3中必须加载用于控制熔断器元件1的操作的程序算法。因此，不利的是，保护电路的空间效率劣化，并且微控制器3的负载增加。

发明内容

技术问题

本公开被设计用于解决相关技术问题，因此本公开旨在提供一种电池单元，该电池单元被构造成：在不劣化电池单元的能量密度的情况下，通过防止诸如燃烧和爆炸此类事件的发生，从而极大地提高使用二次电池的安全性。

然而，本公开要解决的技术问题不限于上述问题，并且本领域技术人员将从以下描述中理解本文未提及的其他目的。

技术解决方案

在本公开的一个方面中，提供了一种电池单元，其包括：电极组件；电极引线，其连接到电极组件；袋壳体，其被构造成容纳电极组件，并且在电极引线被引出到外部的状态下被密封；以及灭火单元，其设置在袋壳体中，以在基准温度或更高温度下喷射灭火粉末。

电极引线可以结合到设置在电极组件处的电极突片。

灭火单元可以包括：灭火剂；以及粉末容器，其被构造成容纳灭火剂，并且由合成树脂制成，该合成树脂在基准温度或更高温度下熔化，以打开粉末容器。

灭火单元可以设置在对应于电极突片和电极引线结合的结合部的区域中。

灭火单元可以通过导热粘合剂附接到结合部上。

灭火单元可以附接到袋壳体的内表面上。

灭火单元可以具有沿着电池单元的宽度方向的延伸形状，并且灭火单元可以附接到电极突片和电极引线结合的结合部，并且可以具有沿着电极突片和电极引线的表面的弯曲形状。

有益效果

根据本公开的实施例，在不劣化电池单元的能量密度的情况下，通过大大降低诸如电池单元燃烧和爆炸此类事件发生的可能性，从而可以确保使用二次电池的安全性。

特别地，根据本公开的实施例，可以防止电池单元内部燃烧，并且即使其中发生火灾，也可以快速灭火，并从根本上阻断通过电池单元供应到外部的电流。

附图说明

附图示出了本公开的优选实施例，并且与前述公开内容一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不被解释为限于附图。

图1是用于示出设置在联接到电池组的保护电路中的熔断器元件的布置和操作机制的电路图。

图2至4是示出根据本公开实施例的电池单元的内部结构的剖视图。

图5是示出根据本公开另一实施例的电池单元的内部结构的视图，其中组合了电极突片、电极引线和灭火单元。

图6和7是示出根据本公开又一实施例的电池单元的内部结构的剖视图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。在描述之前，应当理解，说明书和所附权利要求中使用的术语不应被解释为限于一般含义和字典含义，而是在允许发明人为了最佳解释而适当定义术语的原则的基础上、基于与本公开的技术方面相对应的含义和概念来解释。因此，本文提出的描述仅仅是出于说明目的的优选示例，并不旨在限制本公开的范围，因此应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以对其提出其他等同物和修改。

首先，将参照图2至4描述根据本公开的实施例的电池单元。

图2至4是示出根据本公开实施例的电池单元的内部结构的剖视图。

首先，参考图2和3，根据本公开的实施例的电池单元被实现为包括电极组件1、电极引线2、密封剂3、袋壳体4和灭火单元5。

电极组件1被构造为使得分隔件1c介于交替堆叠的正极电极板1a和负极电极板1b之间，并且分隔件1c可以分别位于电极组件1的两个最外侧，以用于绝缘。

正极电极板1a包括正极电极集流器和涂覆在其至少一个表面上的正极电极活性材料层。在正极电极板的一端处形成有未涂覆所述正极电极活性材料层的未涂覆正极电极区域，并且所述未涂覆正极电极区域用作连接到电极引线2的电极突片T。

类似地，负极电极板1b包括负极电极集流器和涂覆在其至少一个表面上的负极电极活性材料层。在负极电极板的一侧形成有未涂覆所述负极电极活性材料层的未涂覆负极电极区域，并且所述未涂覆负极电极区域用作连接到电极引线2的电极突片T。

同时，正极电极板1a和负极电极板1b可以布置成使得：当所述正极电极板1a和负极电极板1b被堆叠时，具有不同极性的电极突片T、即正极电极突片和负极电极突片位于相同的方向上或者位于相反的方向上。

当正极电极突片和负极电极突片设置成彼此反向时，电池单元被制造成使得成对电极引线2也彼此相反定位。另外，如果正极电极突片和负极电极突片设置成位于相同的方向上，则电池单元被制造成使得成对电极引线2位于相同的方向上。

此外，分隔件1c设置在正极电极板1a和负极电极板1b之间，以防止具有不同极性的电极板之间的直接接触。另外，分隔件1c可以由多孔材料制成，以通过使用电解质作为介质来使得离子能够在正极电极板1a和负极电极板1b之间转移。

电极引线2被分为连接到正极电极突片的正极电极引线和连接到负极电极突片的负极电极引线。如果如上所述，正极电极突片和负极电极突片设置成位于相同的方向上，则该对电极引线2也在相同的方向上引出。另外，如果正极电极突片和负极电极突片设置成位于不同的方向上，则该对电极引线2也在不同的方向上引出。

同时，多个电极突片T可以连接到电极引线2的上表面和下表面中的任何一个。然而，如图所示，相对于电极引线2位于上部处的电极突片T1可以附接到电极引线2的上表面，相对于电极引线2位于下部的电极突片T2可以附接到电极引线2的下表面。

如果电极突片T被分成两组并如上所述附接到电极引线2的不同位置，则可以使得电极突片T的偏转最小。此外，可以对通过电极突片T朝着电极引线2传递的电流进行分配，以防止局部产生的热量过度增加，并且还可以使得电极突片T和电极引线2之间的接触面积最大，从而使得接触表面处的电阻最小。

电极引线2通常由镀镍铝材料制成。由于该材料的问题，当袋壳体4被密封时，电极引线2无法很好地贴附到袋壳体4的内表面。

因此，在袋壳体4的密封区中的、引出电极引线2的区域可能密封较差，因此可以将密封剂3贴附到电极引线2的外围，以改善密封性能，所述密封剂3由对于袋壳体4的内表面具有良好粘附性的树脂材料制成。

袋壳体4可以由覆盖电极组件1的上部的上壳体和覆盖其下部的下壳体构成，并且上壳体和下壳体可以分别由包括第一树脂层、金属层和第二树脂层的多层袋状膜构成。

在这种情况下，形成所述袋状膜的最内表面的第一树脂层可以由具有热熔合性的树脂制成，使得当在上壳体和下壳体彼此接触的状态下对其施加热量时，上壳体和下壳体可以彼此熔合。

袋壳体4可以被分成两个部分，即容纳电极组件1的容纳部4a和密封袋壳体4的密封部4b，在所述密封部4b处，电极引线2在沿河所述容纳部的周向被引出到外部的状态下被热结合。

如上所述，由于密封部4b的、电极引线2所穿过的区域可能密封性较弱，因此密封剂3被施加到相应的区域。

换句话说，密封剂3在附接到电极引线2的外周的状态下介于上壳体和下壳体的内表面之间。

灭火单元5设置在所述袋壳体中，并且在基准温度或更高温度下喷射灭火剂，以防止电池单元内部的燃烧和/或终止电池单元中发生的燃烧事件。

为了执行上述功能，灭火单元5包括由树脂制成的容纳容器和容纳在所述容纳容器中的灭火剂，所述容纳容器在电池单元的正常工作温度下保持密封状态，并且在基准温度或更高温度下熔化和打开。

所述灭火剂可以选自通常用于灭火的多种灭火剂，而无论是粉末、液体还是气体，其具体成分不受限制。灭火原理还能够采用窒息灭火、冷却灭火或两者。

如果电池单元内部的温度变得高于基准温度，并且所述容纳容器因此而熔化并破裂，则其中的灭火剂通过强大的压力喷出，并扩散到整个电池单元，从而防止电池单元内部的燃烧。除了灭火剂之外，所述容纳容器还可以充满高压气体，使得灭火剂可以在一定温度或更高的温度下通过强大的压力从破裂的容纳容器中喷出。在此情况下，根据温升而膨胀的气体向容纳容器的内壁施加高压。如果温度达到所述容纳容器的熔点，则熔化和弱化的容纳容器发生破裂，灭火剂可以与填充在所述容纳容器中的气体一起喷出。

同时，灭火单元5不仅可以通过灭火剂的灭火作用来灭火或防止已经产生的火灾，还可以利用灭火剂被喷射时的压力来断开电极突片T和电极引线2之间的连接，从而从根本上阻止后续事故，以阻断流过电极引线2的电流。

为了执行该功能，应用于本公开的灭火单元5可以设置在对应于电极突片T和电极引线2的结合部的区域中。

在这种情况下，如上所述，通过利用灭火剂的喷射压力来切断电极突片T和电极引线2之间的连接，从而不仅可以完全阻断短路电流，而且还可以由于有利的设置位置而使得灭火剂随着温升而更快地喷射。

换句话说，电极突片T和电极引线2的结合部是电池单元中产生最大量热量的地方之一。这里，灭火单元5设置在产生大量热量的区域中，从而可以响应于温升而快速防止或熄灭火灾。

相比于其它区域，灭火单元5的容纳容器在对应于电极突片T和电极引线2的结合部的区域中可以具有更小的厚度。如上所述，如果灭火单元5的容纳容器部分地具有较小厚度，则电池单元的较薄部分首先由于电池单元内部的温升而破裂，因此灭火剂可以通过相应部分集中地喷射，以快速切断电极突片T和电极引线2之间的联接。

此外，灭火单元5还可以通过导热粘合剂附接到电极突片T和电极引线2的结合部，以提高导热性。这里使用的导热粘合剂可以采用本领域中使用的普通导热粘合剂，并且作为示例，可以使用环氧树脂粘合剂。

同时，灭火单元5可以如图2和3所示仅附接到电极引线2的一个表面，并且也可以如图4所示附接到电极引线2的两个表面。

换句话说，如果电极突片T如上所述被分成两组，使得一些电极突片T1附接到电极引线2的上表面，而另一些电极突片T2附接到电极引线3的下表面，以便通过使用灭火单元5来完全切断电极突片T和电极引线2之间的连接，则灭火单元5附接到电极引线2的上表面和下表面两者可能是有利的。

接下来，将参照图5描述根据本公开另一实施例的电池单元。图5是示出根据本公开另一个实施例的电池单元的内部结构的视图，其中组合了电极突片、电极引线和灭火单元。

根据本公开另一个实施例的电池单元与前一实施例的电池单元的不同之处仅在于灭火单元5具有部分弯曲的形状，但是其他部件基本相同。因此，在描述该实施例时，将仅详细描述不同的特征，并且将省略与前一实施例重复的描述。

参考图5，应用于本公开的灭火单元5附接到电极突片T和电极引线2结合的结合部，并且具有沿着电极突片T和电极引线2的表面的弯曲形状。在该实施例中，导热粘合剂也可以用于附接灭火单元5。

如果灭火单元5如上所述沿着电极突片T和电极引线2的表面弯曲，则结合区域变宽，因此灭火单元5可以更牢固地粘附。

在这种情况下，类似于前一实施例，灭火单元5的容纳容器在对应于电极突片T和电极引线2的结合部的区域中也可以具有相比其他区域更小的厚度。如果灭火单元5的容纳容器如上所述部分地具有较小厚度，则电池单元的较薄部分首先由于电池单元内部的温升而破裂，并且灭火剂可以通过相应部分集中地喷射，以快速切断电极突片T和电极引线2的联接。

接下来，将参照图6和7描述根据本公开又一实施例的电池单元。图6和7是示出根据本公开又一实施例的电池单元的内部结构的剖视图。

根据本公开又一实施例的电池单元与前一实施例中的电池单元的不同之处仅与灭火单元5被附接的位置有关，但是其他部件基本相同。因此，在描述该实施例时，将仅详细描述不同的特征，并且将省略与前一实施例重复的描述。

首先，参考图6，在根据本公开又一实施例的电池单元中，灭火单元5设置在对应于电极突片T和电极引线2的结合部的区域中，并且附接到袋壳体4的内表面。

由于上述容纳容器由树脂制成，因此，就粘附力而言，灭火单元5可以有利地附接到袋壳体4的内表面，而不是附接到电极引线2或电极突片T。

换句话说，由于袋壳体4的内表面由上述具有热熔合性的树脂层制成，因此，就粘附力而言，更有利的是将由树脂制成的树脂灭火单元5的容纳容器附接到袋壳体4的内表面，而不是附接到由金属制成的电极引线2或电极突片T。

同时，即使当灭火单元5附接到袋壳体4的内表面时，灭火单元5也可以设置到电极引线2的上表面和下表面两者。在这种情况下，即使电极突片T附接到电极引线2的上表面和下表面，也可以完全切断电极引线2和电极突片T之间的连接。

在这种情况下，类似于前述实施例，灭火单元5的容纳容器在面对电极突片T和电极引线2的结合部的区域中可以具有相比其他区域更小的厚度。如果灭火单元5的容纳容器如上所述部分地具有较小的厚度，则电池单元的较薄部分首先由于电池单元内部的温升而破裂，并且灭火剂可以通过相应部分集中地喷射，以快速切断电极突片T和电极引线2的联接。

已经详细描述了本公开。然而，应当理解，详细描述和具体示例虽然指示了本公开的优选实施例，但是仅仅是通过说明的方式给出的，因为从该详细描述中，本领域技术人员将会明白本公开范围内的各种变化和修改。

Claims (8)

1.一种电池单元，包括：

电极组件；

电极引线，所述电极引线被连接到所述电极组件；

袋壳体，所述袋壳体被构造成容纳所述电极组件，并且在所述电极引线被引出到外部的状态下被密封；和

灭火单元，所述灭火单元被布置在所述袋壳体中，以在基准温度或更高温度下喷射灭火剂，

其中，所述电极引线被结合到设置在所述电极组件处的电极突片，

其中，所述电极突片被设置为多个，相对于所述电极引线位于上部处的第一电极突片附接到所述电极引线的上表面，相对于所述电极引线位于下部的第二电极突片附接到所述电极引线的下表面，

其中，所述灭火单元被成对设置，成对的所述灭火单元中的一个灭火单元被布置在与所述第一电极突片和所述电极引线的上表面相结合的结合部相对应的区域中，成对的所述灭火单元中的另一个灭火单元被布置在与所述第二电极突片和所述电极引线的下表面相结合的结合部相对应的区域中，

其中，所述灭火单元包括：

所述灭火剂；和

容纳容器，所述容纳容器被构造成容纳所述灭火剂，并且由树脂制成，所述树脂在所述基准温度或更高温度下熔化，以打开所述容纳容器，

其中，相比于其它区域，所述灭火单元的容纳容器在对应于所述电极突片和电极引线的结合部的区域中具有更小的厚度。

2.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述灭火单元通过导热粘合剂被附接到所述结合部。

3.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述灭火单元被附接到所述袋壳体的内表面上。

4.根据权利要求3所述的电池单元，其中，所述灭火单元被附接到覆盖所述电极组件的上部的所述袋壳体的上壳体的内表面上。

5.根据权利要求3所述的电池单元，其中，所述灭火单元被附接到覆盖所述电极组件的下部的所述袋壳体的下壳体的内表面上。

6.根据权利要求1所述的电池单元，其中，所述灭火单元具有沿着所述电池单元的宽度方向的延伸形状。

7.根据权利要求6所述的电池单元，其中，所述灭火单元被附接到所述电极突片和所述电极引线相结合的所述结合部上。

8.根据权利要求6所述的电池单元，其中，所述灭火单元具有沿着所述电极突片和所述电极引线的表面的弯曲形状。

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