CN1322602C - 二次电池 - Google Patents
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Abstract
二次电池包括电极组件，该电极组件具有正极板、负极板和位于正极板和负极板之间的隔板。该电极组件装配在具有开口部分的外壳中。盖组件装配在外壳的开口部分，从而密封外壳，盖组件具有安装到外壳开口部分上的盖板。并且外壳的硬度大于盖板的硬度。
Description
技术领域
本发明涉及电池，并且尤其是，涉及具有放置电极组件在其中的外壳。
现有技术
通常地，二次电池具有用作发电单元的电极组件，该电极组件具有正极板、负极板和隔板。将电极组件放置在外壳中，并且将电解质注入到外壳中。通过在外壳的开口部分使用盖组件而将外壳气密地封闭。
这样的二次电池还经常包括在盖组件上形成的与外壳绝缘的电极端子。电极端子形成极，并且电池外壳本身可以用作正极。
具有上述结构的二次电池，最近的趋势是，用重量比铁或其他导电金属材料轻的铝或铝合金形成外壳，并且即使在高电压环境中长时间地使用也不会被腐蚀。也就是说，铝基电池具有优异的性能特性。
在这些电池中，用于气密地密封外壳开口部分的盖组件典型地包括直接焊接到外壳开口部分上以密封开口的盖板、穿透盖板的端子引线和使端子引线与盖板绝缘的垫圈。典型地用相同的材料形成盖板和外壳，从而有助于对其适当地焊接。
而且，在盖板上设置安全阀。当电池的内部电压超过预定值时，阀破裂并且减少电池内部压力，从而使电池免于爆炸。可以通过使用机械技术、蚀刻技术或电铸技术在盖板上形成预定深度的凹槽并部分地减少盖板凹槽部分的厚度而形成阀。
然而，具有上述结构的二次电池，在充电和放电期间，电极组件反复地膨胀和收缩，并且外壳随同电极组件的膨胀一起膨胀。这就称为膨胀现象。
为了防止这种膨胀现象，最近已经作出了多种努力，并且在这个连接中，提出了外壳应当由高硬度的合金形成。
然而，当盖板和外壳由相同的材料形成时，则不容易以稳定的方式正确地控制形成在盖板上的安全阀的操作压力。而且，由于退火和其他因素减少了对阀的压力，所以变得难以加强阀的抗冲击性。
发明内容
根据本发明，提供的二次电池有效地在避免膨胀现象的同时，避免了安全阀非正常地操作。
根据本发明的一个实施例，一个示例二次电池包括具有正极板和负极板以及设置在正极板和负极板之间的隔板的电极组件。通过外壳的开口部分将电极组件安装在外壳中。在外壳的开口部分上安装盖组件，从而密封外壳，并且盖组件具有安装到外壳开口部分上的盖板，外壳的硬度大于盖板的硬度。
盖板可以由Al或Al合金制得。
外壳可以由将0.35wt％的选自由Mn、Mg、Si、Zr、Ti和Cu构成的组中的一种或多种金属元素添加到基质金属中而得到的材料制得。基质金属可以是Al或Al合金。基质金属可以与形成盖板的材料相同。
使用激光焊接技术，将盖板焊接到外壳上。
附图说明
图1为根据本发明实施例二次电池的分解透视图。
图2为图1中示出的二次电池在组合状态下的侧视图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的示范性实施例。
如图1和2中所示，根据本发明一个实施例的二次电池基本为矩形，并且包括在一侧具有开口部分12的外壳10、通过开口部分12安装在外壳10内的电极组件20、和密封外壳10开口部分12的盖组件30。
电极组件20具有正极板22、负极板24和设置在正极板22和负极板24之间的隔板26。如图1中所示，将插入隔板26的正极板22和负极板24卷绕成具有传统螺旋卷绕或“涂果子冻的薄卷饼”型电池。
关于电极组件20，电极板24具有由带状铜薄板制得的负极集流体。在负极集流体的一个侧面上形成负极涂覆膜。用含有负极活性物质的负极混合物涂覆负极涂覆膜。使用碳材料作为负极物质，并且将粘结剂、增塑剂和导电剂添加到其中，从而制得负极混合物。
正极板22具有由带状金属薄板制得的正极集流体。可以使用铝薄板作为正极集流体。在正极集流体的一个侧面上形成正极涂覆膜。用含有正极活性物质的正极混合物涂覆正极涂覆膜。使用锂基氧化物作为负极物质，并且将粘结剂、增塑剂和导电剂添加到其中，从而制得正极混合物。
正极片28和负极片28`分别与正极板22和负极板24电连接的同时，正极片和负极片28和28`从电极组件20中引出。在这个实施例中，镍薄膜形成负极片28`，铝薄膜形成正极片28。
如图1中所示的正极片28和负极片28`的材料和位置可以改变。
同时，外壳10由金属材料制成大致为长方体型。因此，外壳10自身可以用作端子。而且，外壳10具有开口部分12，通过这个开口部分将电极组件20插入到外壳10中。
外壳10的边缘可以是正方形或圆形的。
在这个实施例中，外壳10由重量轻的导电材料制得，如Al合金。外壳10可以由高硬度的Al合金制得。高硬度Al合金是通过将0.35wt％的选自由Mn、Mg、Si、Zr、Ti或Cu构成的组中的一种或多种提高硬度的金属元素添加到基质金属Al中而形成的。
基于高硬度Al合金的外壳10以相对薄的厚度避免了膨胀现象，并且有效地起到使电池更薄且更轻的作用。
盖组件30安装在本实施例的高硬度Al合金基外壳10的开口部分12上。盖组件30具有直接焊接到外壳10开口部分12上以密封盖10的盖板32。
盖板32由硬度低于外壳10硬度的Al或Al合金制得。这是为了以稳定的方式正确地控制形成在盖板32上的安全阀32`的操作压力，并且经过退火的热处理降低对安全阀32`的压力，由此加强抗冲击性。使用A3003(材料的标准名称)材料形成盖板32，其中A3003材料是由0.3wt％的Si，0.55wt％的Fe，0.12wt％的Cu和1.0wt％的Mn的合金元素添加到Al金属中而得到的。
通过在盖板32上形成具有预定深度的凹槽，并且使盖板32的凹槽部分薄于盖板32的其他部分而制得安全阀32`
在端子引线36穿透盖板32的同时，在盖板32上形成了端子引线36，致使通过插入垫圈34而使端子引线36与盖板32绝缘。在端子引线36下面还形成了绝缘板(未示出)和端板(未示出)以使端子引线36与盖板32绝缘。从负极板24中引出的负极片28`从端子引线36的底部焊接到端子引线36上。端子引线36用作负极端子。
从正极板22中引出的正极片28电连接到盖板32的底部表面上或外壳10的内表面上，使得除了端子引线36以外的电池的整个外部用作正极端子。然而，正极端子和负极端子的结构并不局限于此。当具有负极端子的结构时，正极端子的结构可以由单独的端子引线形成。
当电极组件20安装在外壳10中时，在电极组件20和盖组件30之间还用绝缘材料形成了保护壳38，以更稳固地固定电极组件20。
当盖组件30焊接到外壳10的开口部分12上时，通过形成在盖板32上的电解质注入孔40注入电解质的外壳10中，然后用塞子(未示出)密封电解质注入孔40。
具有上述结构的正方形二次电池，盖板32焊接到外壳10的开口部分12上以密封该开口部分12。然而，当用硬度低于外壳10的硬度的材料制得盖板32，以控制安全阀32`的操作压力时，有可能使两个组件10和32之间的焊接损坏。
因此，在这个实施例中，使用激光焊接技术，沿着图2中示出的焊接线(WL)将盖板32焊接到外壳10上。激光包括100～140Hz的频率、200～400W的功率和2.3～2.5焦耳/点焊的热容。在这个实施例中焊接速度为17～25mm/秒。
通过激光焊接过程，可以将具有不同硬度级别的外壳10和盖板32以稳定的方式彼此焊接到一起。
如上所述，考虑到膨胀现象，在其中安装电极组件20的外壳10由高硬度材料制得，并且考虑到安全阀32`的操作压力和抗冲击性，密封外壳10开口部分12的盖板32由低硬度材料制得。这样，在有效地避免膨胀现象的同时，电池就变得更薄且更轻。而且，可以正确地控制安全阀32`的操作压力，并且可以避免由安全阀32`抗冲击性的恶化而可能引起的电池非正常工作。
虽然上面已经详细的描述了本发明的示范性实施例，但是应当很清楚地理解，其中教导的基本发明思想的许多改动和/或修改对于本领域的技术人员来说是显而易见的，并且仍然落在由附带的权利要求所确定的本发明的精神和范围中。
Claims (11)
1、一种二次电池，包括：
具有正极板、负极板和设置在正极板和负极板之间的隔板的电极组件；
在其中安装电极组件的外壳，外壳具有开口部分，并由包括基质金属和添加到基质金属中的至少一种提高硬度的金属元素的合金制成，该至少一种提高硬度的金属元素为所述合金总重量的0.35wt％；以及
安装在外壳开口部分上的盖组件，用于密封外壳，并且盖组件具有安装到外壳开口部分上的盖板，
其中外壳的硬度大于盖板的硬度，所述基质金属为Al或Al合金，所述至少一种提高硬度的金属选自由Mn、Mg、Si、Zr、Ti和Cu构成的组中。
2、根据权利要求1的二次电池，其中盖板为Al。
3、根据权利要求1的二次电池，其中盖板为Al合金。
4、根据权利要求1的二次电池，其中盖板是与基质金属相同的材料。
5、根据权利要求1的二次电池，其中盖板包括具有0.3wt％的Si，0.55wt％的Fe，0.12wt％的Cu，及1.0wt％的Mn的Al合金。
6、根据权利要求1的二次电池，其中盖板通过激光焊接到外壳上。
7、根据权利要求6的二次电池，其中激光的频率为100～140Hz。
8、根据权利要求6的二次电池，其中激光的功率为200～400瓦。
9、根据权利要求6的二次电池，其中激光的热容为2.3～2.5焦耳/点焊。
10、根据权利要求6的二次电池，其中盖板以17～25mm/秒的速度焊接到外壳上。
11、根据权利要求1的二次电池，其中该电池为矩形。
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