CN1147011C - 使用带有凹入表面的棱柱形外壳的锂离子电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及棱柱形锂离子电池，尤其涉及锂离子电池胶状筒固定在棱柱形外壳中并且电解质注入在棱柱形外壳中的棱柱形锂离子电池。本发明提供一种棱柱形锂离子电池，通过把胶状筒固定在具有凹入部分的表面的棱柱形外壳中来对电池本身以及电池组件提供改善的安全性，从而抑制由于电池内的电极膨胀和压力增加而引起的电池体积变化。本发明的棱柱形锂离子电池通过排除由于连续的充电和放电引起锂离子电池胶状筒的膨胀和收缩而导致的胶状筒变形来提高电池循环寿命特性。因此，锂金属能均匀且稳定地吸附在胶状筒中以及从胶状筒中分离。

Description

使用带有凹入表面的棱柱形外壳的锂离子电池
本申请基于1998年12月24日在韩国工业产权局递交的申请No.98-58175，其内容在此引用供参考。
技术领域
本发明涉及棱柱形锂离子电池，尤其涉及胶状筒形锂离子电池固定在棱柱形外壳中并且电解质注入在棱柱形外壳中的棱柱形锂离子电池。
背景技术
传统的圆柱形锂离子电池正在转变成在更小且更薄的便携式电子装置中使用的矩形，而同时在该便携式电子装置中使用的电池正从镍氢电池转变成锂离子电池。
然而，当比较棱柱形锂离子电池与圆柱形锂离子电池时，棱柱形电池组件有组合后的充电和放电循环问题，会导致它们本身以及使用它们的电子装置的损坏。此外，在初始充电和放电期间这些棱柱形电池产生气体，从而在电池内形成压力。而且，当重复的充电和放电导致电极膨胀时，保护外壳的外表面变形，这样存在着导致电池安全性能退化的严重膨胀。
因此，对于传统棱柱形电池外壳需要用于抑制由于充电和放电导致气体压力或电极膨胀而引起的外壳膨胀的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种棱柱形锂离子电池，通过使用能承受电池内压的外壳来提高电池本身以及电池组件的安全性。这样做是为了抑制外壳表面的膨胀，从而抑制由于电极膨胀和电池内压增加而引起的电池体积变化。
本发明的另一目的是通过排除由于连续的充电和放电引起锂离子电池胶状筒的膨胀和收缩而导致的胶状筒变形来提高电池循环寿命特性，这样锂金属能均匀且稳定地吸收在胶状筒中以及从胶状筒中分离。
附图说明
包含在说明书中并构成其一部分的附图示意说明本发明的实施例，并且结合本说明书一起来说明本发明原理。
图1是概括使用比较实施例的传统棱柱形外壳的锂离子电池结构的示意图，其中1表示棱柱形外壳的盖；2表示阳极端子；3表示胶状筒；以及4表示棱柱形外壳；
图2是比较实施例的传统棱柱形外壳的正视图；
图3是在图2的截面线A-A’的线性横截面图；
图4是在图2的截面线B-B’的线性横截面图；
图5是实施例1的棱柱形外壳的正视图；
图6是在图5的截面线C-C’的线性横截面图；
图7是在图5的截面线D-D’的线性横截面图；
图8是实施例2的棱柱形外壳的正视图；
图9是在图8的截面线E-E’的线性横截面图；
图10是在图8的截面线F-F’的线性横截面图；
图11是实施例3的棱柱形外壳的正视图；
图12是在图11的截面线G-G’的线性横截面图；
图13是在图11的截面线H-H’的线性横截面图；
图14是表示根据使用比较实施例的传统棱柱形外壳的锂离子电池和使用本发明实施例1的棱柱形外壳的锂离子电池的充电放电循环的放电容量图。
具体实施方式
在下面详细描述中，仅通过完成本发明的发明人预想的最佳方式的示意说明来示出并描述了本发明的优选实施例。应当理解，本发明能在各个明显的方面进行变化而完全不脱离本发明。因此，该描述实质上应认为是说明性的，而非限制性的。
本发明提供一种棱柱形锂离子电池，通过把胶状筒固定在有凹入表面的棱柱形外壳中来提高电池本身以及电池组件的安全性，从而能够抑制由于电极膨胀和电池内压增加而引起的电池体积变化。
本发明详细描述如下。
本发明提供一种棱柱形锂离子电池，包括：
a)锂离子电池胶状筒；
b)电解质；以及
c)用于容纳上述胶状筒和电解质的棱柱形外壳，该棱柱形外壳的双端部之间包含带有一个以上凹入部分的表面。
上述c)的凹入部分由双端部之间的一个以上台阶形成，其中台阶高度差是电池厚度的0.1-30％，优选0.5-10％。
包括在上述c)的双端部之间包含凹入部分的表面的棱柱形外壳通过冲压或弯曲金属板制造，金属板的形状从条状、圆形、矩形和不规则形状构成的组中选择，如图5-图13所示。
上述棱柱形外壳的表面形状未必局限于条状、圆形和矩形，能够采用能承受电池内部产生的压力和胶状筒体积膨胀的任何形状。
上述c)的棱柱形外壳的材料从不锈钢、镀镍钢和铝合金钢构成的组中选择。
传统棱柱形外壳的平整表面不能承受由于电池体积膨胀而在法线方向产生的压力，并且导致表面变形。这是因为薄金属板由例如铝合金钢、不锈钢和镀镍钢的材料构成。然而，包括带有本发明凹入部分的表面的棱柱形外壳由改形的金属表面制造，其中形成外壳的金属表面由一个以上内部台阶构成，这样承受由电池内部体积膨胀而导致的外部法线压力将不会使台阶变形。而且，也能抑制固定电池的体积膨胀。
另外，如果使用包括带有本发明凹入部分的表面的棱柱形外壳，该电池胶状筒的最外铝薄层能更牢固地固定在外壳上。结果，可以增强与外壳的接触，提高电池导电率，从而能够通过降低电池阻抗值来改善电池性能。
而且，本发明的包括带有凹入部分的表面的棱柱形外壳通过排除由于连续的充电和放电而引起锂离子电池电极的收缩和膨胀所导致的胶状筒变形来提高电池循环寿命。因此，锂金属能均匀且稳定地吸收在胶状筒中以及从胶状筒中脱离。
下面描述本发明实施例以及比较实施例。然而，下述实施例仅用于示意说明本发明，本发明不限于下述实施例。
实施例
比较实施例
使用锂钴氧化物活性材料的正极，使用碳活性材料的负极，以及由注入有碳酸亚乙酯、碳酸二亚乙酯(diethylene carbonate)和锂盐(LiPF6)的混合电解质的烯烃基电解质膜隔离的胶状筒插入棱柱形外壳中，该外壳宽34mm、高48mm、以及厚10mm，由具有平整均匀表面的铝板制成，如图2所示。为制造棱柱形锂离子电池，外壳边缘和外壳盖之间的接缝用激光焊接。
上述棱柱形锂离子电池中的三个在1/2C的充电和放电条件下分别进行由充电放电仪器控制的1个循环、50个循环、100个循环和150个循环这四种充电和放电循环。电池外部尺寸的测量记录在表1中，并且在测量阻抗后，记录每个循环次数的放电容量，并表示在图14中。
而且，在充电和放电实验后，为证实电池的安全性，按照UL-1642标准进行冲击实验。
通过将9kg重物从60cm高度落在电池中心上来产生内部短路的方式进行冲击实验。
结果，在1分钟内电池气孔自动工作。
实施例1
比较实施例的胶状筒插入宽34mm、高48mm和厚10mm的表面有凹入部分的棱柱形外壳中，该棱柱形外壳由经深度0.1mm、0.1mm和0.05mm的三次台阶冲压处理而改形的铝板制成，如图5所示。对胶状筒注入电解质，然后激光焊接外壳边缘和盖之间的接缝以制造棱柱形锂离子电池。
正如比较实施例一样，对制造的三个棱柱形锂离子电池进行充电和放电实验，并且电池外部尺寸的测量记录在表1中，在测量阻抗后，记录每个循环次数的放电容量，并表示在图14中。
实施例1的电池外部尺寸变化小于使用传统外壳的比较实施例的棱柱形锂离子电池，甚至当循环次数进一步增大也继续显示相同的结果。
阻抗测量的结果表明，由于低的电池电阻，实施例1的电池导电率好于使用未改形的传统外壳的比较实施例的棱柱形锂离子电池。
而且，实施例1的电池每个循环次数的放电容量降低小于使用传统外壳的比较实施例的棱柱形锂离子电池，如图14所示。
而且，同比较实施例一样，接着进行冲击实验，气孔工作延迟，或者超过1分钟也没有工作。这样，可以得出结论：当与使用比较实施例的传统棱柱形外壳的电池相比时，由于外部冲击而引起内部短路所产生的气体的量极大降低。[表1]
分类     比较实施例     实施例1
    电池1   电池2     电池3 电池1     电池2   电池3
尺寸变化率(％)   充电状态  1次循环     7.2   6.9     7.1   4.3     4.5   4.2
 50次循环     7.3   6.8     7.1   4.4     4.3   4.1
 100次循环     7.0   6.5     6.7   4.2     4.3   4.1
 150次循环     6.8   6.4     6.5   4.0     4.1   4.0
放电状态  1次循环     3.6   3.3     3.4   2.0     2.1   2.0
 50次循环     3.6   3.3     3.2   1.9     2.1   2.0
 100次循环     3.7   3.4     3.1   1.9     1.9   2.0
 150次循环     3.7   3.2     3.1   1.8     1.8   1.9
实施例2
同比较实施例一样，胶状筒插入宽34mm、高48mm和厚10mm的表面有凹入部分的棱柱形外壳中，该棱柱形外壳由冲压成深度0.3mm的不平整形状而改形的铝板制成，如图8所示。然后加入电解质，然后激光焊接外壳边缘和盖之间的接缝以制造棱柱形锂离子电池。
同比较实施例一样，对制造的棱柱形锂离子电池进行充电和放电实验并且记录测量的电池外部尺寸。实施例2的电池外部尺寸变化小于使用传统外壳的比较实施例的棱柱形锂离子电池，同实施例1一样，甚至当循环次数进一步增加时也继续显示相同的结果。
阻抗测量的结果表明，由于低的电池电阻，实施例2的电池导电率好于使用传统棱柱形外壳的比较实施例的棱柱形锂离子电池。
而且，同比较实施例一样，接着进行冲击实验，气孔工作延迟，或者超过1分钟也没有工作。这样，可以得出结论：当与使用比较实施例的传统棱柱形外壳的电池相比时，由于外部冲击而引起内部短路所产生的气体的量极大降低。
实施例3
同比较实施例一样，胶状筒插入宽34mm、高48mm和厚10mm的表面有凹入部分的棱柱形外壳中，该棱柱形外壳由冲压成深度0.3mm的条状而改形的铝板制成，如图11所示。然后加入电解质，然后激光焊接外壳边缘和盖之间的接缝以制造棱柱形锂离子电池。
同比较实施例一样，对制造的棱柱形锂离子电池进行充电和放电实验并且记录测量的电池外部尺寸。实施例3的电池外部尺寸变化小于使用传统外壳的比较实施例的棱柱形锂离子电池，同实施例1一样，甚至当循环次数进一步增加时也继续显示相同的结果。
阻抗测量的结果表明，由于低的电池电阻，实施例3的电池导电率好于使用传统棱柱形外壳的比较实施例的棱柱形锂离子电池。
而且，同比较实施例一样，接着进行冲击实验，气孔工作延迟，或者超过1分钟也没有工作。这样，可以得出结论：当与使用比较实施例的传统棱柱形外壳的电池相比时，由于外部冲击而引起内部短路所产生的气体的量极大降低。
本发明的棱柱形锂离子电池通过抑制内部电池压力和电极膨胀所导致的电池体积变化来对电池本身以及电池组件提供改进的安全性。这由胶状筒固定在包括具有凹入部分的表面的棱柱形外壳中来实现。
而且，本发明的棱柱形锂离子电池通过排除由连续的充电和放电引起锂离子电池胶状筒的膨胀和收缩而导致的胶状筒变形来提高电池循环寿命特性，这样锂金属能均匀且稳定地吸收在胶状筒中以及从胶状筒中分离。
在参照优选实施例详细描述本发明的同时，本领域技术人员应当理解，能对此作出各种改形和替代而不脱离附加权利要求所提出的本发明的精神范围。

Claims (6)

1.一种棱柱形锂离子电池，包括：
a)锂离子电池胶状筒；
b)电解质；以及
c)用于容纳上述胶状筒和电解质的棱柱形外壳，该棱柱形外壳的双端部之间包含带有一个以上凹入部分的表面。
2.根据权利要求1的棱柱形锂离子电池，其中所述棱柱形外壳的凹入部分由双端部之间的一个以上台阶形成。
3.根据权利要求2的棱柱形锂离子电池，其中所述台阶的数目等于3。
4.根据权利要求1的棱柱形锂离子电池，其中所述在双端部之间包含带有一个以上凹入部分的表面的棱柱形外壳通过冲压或弯曲金属板制造，金属板的形状从条状、圆形、矩形和不规则形状构成的组中选择。
5.根据权利要求1的棱柱形锂离子电池，其中所述双端部之间包含带有一个以上凹入部分的表面的棱柱形外壳通过冲压或弯曲矩形金属板制造。
6.根据权利要求1的棱柱形锂离子电池，其中所述棱柱形外壳的材料从不锈钢、镀镍钢和铝合金钢构成的组中选择。
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