CN1519963A - 保护器及具有该保护器的锂二次电池 - Google Patents

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Abstract

一种保护器和具有该保护器的锂二次电池，该电池包括用于断开由于当温度上升时增加的电阻所引起的电流的正温度系数元件(PTC)、由铝或铝合金制成的第一引线、以及作为从PTC引出的输出端子的第二引线，第二引线由镍或镍合金制成。

Description

保护器及具有该保护器的锂二次电池
本申请要求2002年12月26日于韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2002-84072的权益，在此作为参考结合其全部公开内容。
技术领域
本发明涉及一种保护器以及具有同样保护器的锂二次电池，尤其涉及一种具有在电池保护器和外壳之间的改进的电连接结构的锂二次电池。
背景技术
通常，锂二次电池是可再充电的并可以制成具有高容量的较小尺寸。锂二次电池由于其各项优势(包括高工作电压和高能密度)而广泛应用于高级电子器件中，例如移动电话、可携式摄像机、笔记本电脑等等。
锂二次电池一般通过容纳发电元件而构成，该发电元件包括正极板、负极板和隔板作为电极单元。电极单元和电解溶液置于外壳内，外壳的上部开口用盖组件密封。由于铝的重量轻，这有利于获得重量轻的电池，因此外壳由铝或铝合金制成。铝还具有很高的耐腐蚀性，与铁或其他导电金属相比即使当它在高电压下用了很长时间也是如此。锂二次电池通常具有形成在上部并与外壳隔离的电极端子。电极端子用作电池的一个电极。在这种情况下，电池的外壳(例如电池的底表面)用作电池的另一电极。
万一由于机械碰撞或过度充电而发生外部短路、内部短路，由于电池电压的急剧上升锂二次电池将被击穿。为了避免这种危险，锂二次电池通常与安全装置电连接，例如正温度系数(PTC)元件、热熔丝或保护电路。安全装置(也称为保护器)于是装在电池组内。安全装置通过在电池电压急剧上升时断开电流从而防止电池击穿。
电池的安全装置一般通过引线与电池的正极和负极相连。引线一般由镍、镍合金或镀镍不锈钢制成从而提供预定水平的硬度和传导性。但是，由镍或镍合金制成的引线当焊到由铝或铝合金制成的外壳上时可能会造成几种问题。换句话说，镍的难熔性使得很难进行超声波焊接。此外，铝的高电、热传导性使得由于很难在接触界面上形成强烈的热因此很难进行电阻焊接。因此，可以采用激光焊接。但是，在激光焊接期间，激光束可以传到安全装置，从而引起较差的可靠性。
为了克服上述问题，图1中所示的电池(在美国专利No.5976729中更充分描述的一种实例)具有与其相连的安全装置，例如保护器4。由镍或镍合金制成的底板2是激光焊接到外壳1的底表面1a上的。外壳1由铝或铝合金制成。采用焊接装置5通过电阻焊接将引线3焊接到底板2上。
但是，按照所显示的电池，由于引线3利用底板2与外壳1相连，因此过程很复杂并且制造成本增加。而且，由于连接引线3所用的底板2由具有相对比铝的电阻高的电阻的镍或镍合金制成，因此整个电池的电压降可能会由于板2的电阻的增加而增加。
发明概述
本发明的一方面是提供一种具有能减少电池成本和电压降的改进的连接结构的保护器以及具有该保护器的锂二次电池。
本发明的另外方面和/或优势将在下面的说明中部分地阐述，通过该说明这些方面和/或优势将变得明显或可以通过实现本发明来了解。
根据本发明的一个方面，一种锂二次电池包括由导电金属制成的外壳，其中电极单元容纳有电解溶液，该电极单元具有正极和负极板且正极和负极板之间插入有隔板，上部开口由盖组件密封，该锂二次电池还包括用于断开由于当温度上升时增加的电阻所引起的电流的正温度系数元件(PTC)、由铝或铝合金制成并通过PTC与外壳的外底表面处的端子电连接的第一引线、以及通过与另一端子相连的保护电路或另一端子与PTC电连接的第二引线。
根据本发明的另一方面，一种锂二次电池包括由导电金属制成的外壳，其中电极单元容纳有电解溶液，该电极单元具有正极和负极板且正极和负极板之间插入有隔板，上部开口由盖组件密封，该锂二次电池还包括用于断开由于当温度上升时增加的电阻所引起的电流的正温度系数元件(PTC)、具有由镍或镍合金制成的镍层和形成在镍层的底表面上的覆盖层的第一引线，第一引线通过PTC与外壳的外底表面的端子电连接，该电池还包括通过与另一端子相连的保护电路或另一端子与PTC电连接的第二引线。
仍根据本发明的另一方面，一种锂二次电池包括由导电金属制成的外壳，其中电极单元容纳有电解溶液，该电极单元具有正极和负极板且正极和负极板之间插入有隔板，上部开口由盖组件密封，该锂二次电池还包括用于断开由于当温度上升时增加的电阻所引起的电流的正温度系数元件(PTC)、与PTC相连并由镍或镍合金制成的输入引线、具有由镍或镍合金制成的镍层的第一引线、以及在镍层的底表面上由铝或铝合金制成的覆盖层，第一引线通过输入引线与外壳的外底表面上的端子电连接，该电池还包括由镍或镍合金制成的并通过与另一端子相连的保护电路或另一端子而与PTC电连接的第二引线。
根据本发明的一个方面，外壳由铝或铝合金制成。
根据本发明的一个方面，在外壳和盖组件的其中一个的上部提供用于当外壳内部的压力增加时排出内部气体的安全排气口。
附图的简要说明
根据下面结合附图对实施例的说明，可以使本发明的这些和/或其他方面和优势变得明显并更容易理解，这些附图中：
附图1显示为传统蓄电池的剖面图；
附图2显示为根据本发明的一种实施例的锂二次电池的分解透视图；
附图3显示为根据本发明的一种实施例的具有相连的保护器的锂二次电池的分解透视图；
附图4是显示图3中所示的保护器的连接结构的剖面图；
附图5显示为根据本发明的另一实施例的具有相连的保护器的锂二次电池的局部剖面图；以及
附图6显示为仍根据本发明的另一实施例的具有相连的保护器的锂二次电池的局部剖面图。
实施例的详细说明
现在将详细参照本发明的实施例，其实例显示在附图中，其中同样的附图标记始终表示同样的元件。下面将通过参照附图说明实施例以解释本发明。
如图2和3所示，根据本发明一种实施例的锂二次电池包括外壳10。电极单元12和电解溶液安置在外壳10内以提供发电元件来产生电力。盖组件20密封住外壳10的上部开口10b。保护器40设置在外壳10的一侧并与外壳10电连接。可以理解发电元件可以包括固态电解质来替代电解溶液或作为其添加。
根据所示实施例，外壳10是基本为矩形的金属体并且其本身用作端子。外壳10由铝或铝合金构成，铝是一种重量轻的导电金属。但是，应当理解外壳10可以是能用于外壳10的其他形状和其他材料。在所示实施例中，外壳10具有一个可打开以提供开口10b的平面。在装配期间，电极单元12通过开口10b而容纳于外壳10内。
电极单元12包括正极板13、负极板15和隔板14。隔板14布置于正极板13和负极板15之间。然后，形成的叠置结构以果冻卷的形式缠绕。正极引线16焊接在正极板13上。正极引线16的末端从电极单元12向上突出。而且，负极引线17焊接在负极板15上。负极引线17的末端也从电极单元12向上突出。但是，应当理解除了果冻卷式单元的实例之外还可以应用其他形式的电极单元12。
盖组件20中提供有盖板21。盖板21是尺寸和形状对应于外壳10的开口10b的尺寸和形状的金属板。在盖板21的中心形成有具有预定尺寸的端子通孔21a。电极端子可插入地布置于端子通孔21a内以提供负极端子24。管状垫圈23安装在负极端子24的外表面并隔在负极端子24和盖板21之间。端子板26安装在绝缘板25下面。负极端子24的底部与端子板26电连接。绝缘外外壳27安装在电极单元12上面并隔在电极单元12和盖组件20之间。在盖组件20焊接到外壳10的开口10b上之后，通过形成在盖板2上的入口21b将电解溶液注入电极单元12。利用塞子22将入口21b密封住。
根据本发明的一种实施例，如图3和4所示，在外壳10的一侧上提供保护器40。保护器40包括用于断开由于当温度上升时增加的电阻所引起的电流的正温度系数元件(PTC)43。PTC 43通过第一引线41与外壳10的外底部10a电连接并通过第二引线42与防止过度充电和过度放电的保护电路70电连接。保护电路70和负极端子24还通过第三引线71彼此电连接。但是，仅仅为了说明，提供图3和4中所示的电连接结构，且保护器40可以直接连接到端子24而不需要根据本发明的一方面的保护电路70。
根据本发明的一方面，第一引线41由铝或铝合金制成，第二引线42由镍或镍合金制成。当外壳10的外底表面10a和第一引线41由铝制成时，由于铝比镍更易熔，因此第一引线41可用焊接强度足够高的超声波焊接来附着于表面10a上。但是，应当理解引线41和42还可以利用其他材料。
根据本发明所示方面的锂二次电池包括安全排气口28，当外壳10内的压力由于过度充电而增加时安全排气口28通过排出内部气体来确保电池的安全。安全排气口28比外壳10的其他部分薄并且当内部压力增加时首先被击穿，从而排出内部气体。然而根据本发明的一个方面可能会出现：如果这种安全排气口28设置在外壳10的外底表面10a上，则安全排气口28可能在形成期间被损坏。也就是说，在对锂二次电池进行初始充电/放电测试期间，测试探针支撑外壳10的外底表面10a而安全排气口28可能会被测试探针的前缘损坏。因此如图3和4中的实施例所示，安全排气口28设置在外壳10的上部。优选地，安全排气口28设置在盖组件20的盖板21上。但是，应当理解安全排气口28还可以布置在别处，并且还可以用其他机构来防止内部压力超过预定量。
附图5显示为根据本发明另一实施例的具有相连的保护器400的锂二次电池的连接结构的局部剖面图。图4中显示的同样的附图标记表示具有同样功能和操作的元件，下面将给出其说明。第一引线410与外壳10的外底表面10a电连接。第一引线410包括由镍或镍合金制成的镍层410b。镍层410b与PTC 43相接触。第一引线410还具有形成在镍层410b的底表面上的覆盖层410a。覆盖层410a由铝或铝合金制成。第二引线42与PTC 43和图4所示的与端子24相连的保护电路70或图4所示的端子24电连接。第二引线42包括由镍或镍合金制成的输出引线。由于外壳10的外底表面10a和第一引线410的覆盖层410a由铝制成并且由于铝比镍更易熔，因此外底表面10a和覆盖层410a可以通过焊接强度足够高的超声波焊接而彼此粘附。
同图2至4中的上述实施例一样，根据本发明的一个方面，图4中所示的安全排气口28设置在外壳10的上部。优选地，安全排气口28设置在图4中所示的盖组件20的盖板21上。
图6显示为根据本发明再一实施例的具有相连的保护器500的锂二次电池的连接结构的局部剖面图。图4和5中所示的同样的附图标记表示具有同样功能和操作的元件，下面将给出其说明。保护器500还包括与PTC 43相连的输入引线50，该引线由镍或镍合金制成。保护器500的输入引线50通过第一引线510与外壳10的外底表面10a电连接。
第一引线510包括由铝或铝合金制成的覆盖层510a。第一引线510还包括形成在覆盖层510a上的镍层510b，其由镍或镍合金制成。同图4A至5B中的上述实施例一样，第二引线42与PTC 43和图4所示的与端子24相连的保护电路70或端子24电连接。第二引线42由镍或镍合金制成。由于外壳10的外底表面10a和第一引线510的覆盖层510a由铝制成并且由于铝比镍更易熔，因此外底表面10a和覆盖层510a可以通过焊接强度足够高的超声波焊接而彼此粘附。
另外，同图4和5中的上述实施例一样，根据本发明的一个方面，图4中所示的安全排气口28设置在外壳10的上部。当外壳10内的压力增加超过预定阈值时安全排气口28排出内部气体。虽然在所有方面并没有要求，但安全排气口28优选设置在图4中所示的盖组件20的盖板21上。
虽然通过实施例参照具体焊接技术进行了说明，但应当理解还可以利用其他焊接技术和/或利用其他连接机构。
如上所述，根据本发明的实施例的保护器和具有保护器的锂二次电池具有以下和/或其他优势。由于根据本发明的一方面底板是不必要的，这与传统装置例如图1中所示的不同，因此制造过程变得简化了而且制造成本可以相应减少。并且，由于根据本发明的一方面外壳和引线彼此直接粘附，因此电池的电压降可以最小化。
虽然已经参照实施例具体显示和说明了本发明，但应当理解对于本领域技术人员来说，在不脱离所附的权利要求书及其等价物限定的发明精神和范围的前提下可以在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (32)

1.一种用于电池的保护器，包括：
具有输入端子和输出端子的正温度系数元件(PTC)，其具有随着正温度系数元件温度的上升而增加的电阻以便中断在输入和输出端子之间通过的电流；
由铝或铝合金制成的第一引线，其与输入端子相连并可连接到电池的一端子；以及
由镍或镍合金制成的第二引线，其与输出端子相连并可连接到电池的另一端子。
2.一种用于电池的保护器，包括：
具有输入端子和输出端子的正温度系数元件(PTC)，其具有随着正温度系数元件温度的上升而增加的电阻以便中断在输入和输出端子之间通过的电流；
与输入端子相连并可连接到电池的端子的第一引线，第一引线包括含有镍或镍合金的并与正温度系数元件相接触的第一层、以及在第一层上并含有铝或铝合金的第二层；以及
与输出端子相连并可连接到电池的另一端子的第二引线，第二引线含有镍或镍合金。
3.一种锂二次电池，包括：
其中包括容纳有电解溶液的电极单元的外壳，该电极单元具有正极板和负极板且在正极板和负极板之间插入有隔板，该外壳包含导电金属并具有由盖组件密封的上部开口，盖组件具有与正极板和负极板中的一个电连接的第一端子，该外壳还包括具有第二端子的外底表面，该第二端子与正极板和负极板中的另一个电连接；
具有随着正温度系数元件温度的上升而增加的电阻以便中断其间通过的电流的正温度系数元件(PTC)；
包括铝或铝合金并通过正温度系数元件与外底表面上的第二端子电连接的第一引线；以及
包括镍或镍合金并通过与第一端子相连的保护电路或第一端子与正温度系数元件电连接的第二引线。
4.根据权利要求3的锂二次电池，其中外壳的导电金属包括铝或铝合金。
5.根据权利要求3的锂二次电池，还包括用于当外壳内的压力增加超过预定水平时排出内部气体的安全排气口，它设置在外壳和盖组件的其中一个的上部上。
6.一种锂二次电池，包括：
其中包括容纳有电解溶液的电极单元的外壳，该电极单元具有正极板和负极板且在正极板和负极板之间插入有隔板，该外壳包含导电金属和由盖组件密封的上部开口，盖组件具有与正极板和负极板中的一个电连接的第一端子，该外壳还包括具有第二端子的外底表面，该第二端子与正极板和负极板中的另一个电连接；
具有随着正温度系数元件温度的上升而增加的电阻以便中断其间通过的电流的正温度系数元件(PTC)；
具有由镍或镍合金制成的镍层以及形成在镍层的底表面上的覆盖层的第一引线，第一引线通过正温度系数元件与外壳的外底表面上的第二端子电连接；以及
由镍或镍合金制成并通过与第一端子相连的保护电路或第一端子而与正温度系数元件电连接的第二引线。
7.根据权利要求6的锂二次电池，其中外壳的导电金属包括铝或铝合金。
8.根据权利要求6的锂二次电池，还包括用于当外壳内的压力增加超过预定水平时排出内部气体的安全排气口，它设置在外壳和盖组件的其中一个的上部上。
9.一种锂二次电池，包括：
其中包括容纳有电解溶液的电极单元的外壳，该电极单元具有正极板和负极板且在正极板和负极板之间插入有隔板，该外壳包含导电金属和由盖组件密封的上部开口，盖组件具有与正极板和负极板中的一个电连接的第一端子，该外壳还包括具有第二端子的外底表面，该第二端子与正极板和负极板中的另一个电连接；
具有随着正温度系数元件温度的上升而增加的电阻以便中断其间通过的电流的正温度系数元件(PTC)；
与正温度系数元件相连并包括镍或镍合金的输入引线；
具有由镍或镍合金制成的镍层以及在镍层的底表面上由铝或铝合金制成的覆盖层的第一引线，第一引线通过输入引线与外壳的外底表面的第二端子电连接；以及
由镍或镍合金制成并通过与第一端子相连的保护电路或第一端子而与正温度系数元件电连接的第二引线。
10.根据权利要求9的锂二次电池，其中外壳的导电金属包括铝或铝合金。
11.根据权利要求9的锂二次电池，还包括用于当外壳内的压力增加超过预定水平时排出内部气体的安全排气口，它设置在外壳和盖组件的其中一个的上部上。
12.一种锂电池，包括：
产生电力的发电元件；
容纳发电元件的外壳，外壳具有第一表面和第二表面，第一表面包括与发电元件电连接的第一端子，第二表面包括与发电元件电连接的第二端子；以及
通过安全装置与第一端子和第二端子电连接的引线单元，该单元具有引线板，引线板的一端置于第一表面上而另一端置于安全装置上。
13.根据权利要求12的锂电池，其中外壳包括第一材料且引线板包括第一材料。
14.根据权利要求13的锂电池，其中引线单元还包括另一电连接安全装置和第二端子的引线板，该另一引线板包括不同于第一材料的第二材料。
15.根据权利要求12的锂电池，还包括用于当外壳内的压力增加超过预定水平时排出内部气体的安全排气口，安全排气口位于外壳的第二表面上。
16.根据权利要求15的锂电池，其中：
外壳还包括使发电元件通过而进入外壳的开口和盖住开口的盖，且
安全排气口布置在盖上。
17.根据权利要求12的锂电池，其中当电池的电压急剧上升时安全装置中断其间流过的电流。
18.根据权利要求17的锂电池，还包括避免过度充电和过度放电的保护电路，该保护电路通过引线单元在安全装置和第二端子之间电连接。
19.根据权利要求18的锂电池，其中引线单元还包括电连接安全装置和保护电路的另一引线板，该引线板包括第二材料。
20.根据权利要求19的锂电池，其中引线单元还包括电连接保护电路和第二端子的第三引线板。
21.根据权利要求13的锂电池，其中外壳包括第一材料，引线板的一端包括第一材料，而引线板的另一端包括不同于第一材料的第二材料。
22.根据权利要求21的锂电池，其中引线板的一端还包括含有第二材料的第一层和布置在第一层和外壳的第一表面之间的第一材料的第二层。
23.根据权利要求22的锂电池，其中第二层与第一端子接触。
24.根据权利要求22的锂电池，其中引线板的另一端包括第二材料的第一层，该第一层与安全装置接触。
25.根据权利要求22的锂电池，其中引线单元还包括第二材料的输入引线，该输入引线连接安全装置和引线板的另一端。
26.根据权利要求24的锂电池，其中当电池的电压急剧上升时安全装置中断其间流过的电流。
27.根据权利要求12的锂电池，其中引线板利用超声波焊接而连接到第一表面上。
28.根据权利要求12的锂电池，其中引线板利用电阻焊接而连接到第一表面上。
29.一种用于电池的保护器，包括：
当电池的电压急剧上升时中断通过安全装置的电流的安全装置；
与安全装置相连的第一引线，第一引线包括在第一引线的一端的第一材料，第一引线可连接到含有第一材料的电池的端子；以及
与安全装置相连的第二引线，第二引线可连接到电池的另一端子。
30.根据权利要求29的保护器，其中第二引线包括不同于第一材料的第二材料。
31.根据权利要求29的保护器，其中第一引线包括第一层和第二层，第一层包括不同于第一材料的第二材料并且与安全装置接触，第二层包括第一材料，第一材料被安置成使其在第一引线的末端接触电池的另一端子。
32.根据权利要求29的保护器，还包括不同于第一材料的第二材料的输入引线，其连接安全装置和第一引线。
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