CN1641910A

CN1641910A - 二次电池

Info

Publication number: CN1641910A
Application number: CNA2005100020241A
Authority: CN
Inventors: 韩奎南
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2004-01-13
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2005-07-20
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: CN100403583C; JP2005203367A; US20050153195A1

Abstract

本发明公开了一种二次电池，该二次电池包括裸电池和与裸电池连接的安全装置，其中该二次电池具有包括安全装置如安装在塑模制品或封装外壳中的保护电路板的电池部件部分。裸电池和电池部件部分的外表面具有用于连接裸电池外表面和电池部件部分的外表面的连接部分。另外，裸电池的外表面和电池部件部分的外表面还包括用于在两连接部分之间进行辅助连接的辅助元件。

Description

二次电池

本申请要求享有于2004年1月13日提交的韩国专利申请No.2004-0002444的权益，该申请在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种二次电池，特别是涉及一种包括具有电极组件、壳体和盖组件的裸电池以及与裸电池电连接的保护电路板的一种二次电池。

背景技术

众所周知，二次电池是可再充电的电池并且能够以紧凑的形式制造而具有大的能量存储容量，从而使得其在近来得到广泛地研发。这些二次电池的典型例子包括：镍-氢(Ni-H)电池、锂(Li)电池和锂-离子(Li-ion)电池。

在这些二次电池中，大多数的裸电池由下述步骤形成：将具有正电极、负电极和隔板的电极组件插入由诸如铝或铝合金的金属制成的壳体内；用盖组件封闭壳体；并向壳体内注入电解液，然后密封壳体。尽管可使用铁化合物制成壳体，但由于铝本身重量轻，所以由铝或铝合金制成的壳体具有一定的优点。特别是，铝电池相对较轻，并且即使在高电压下长期使用也不会被腐蚀。

电池是一种能源，并且具有释放大量能量的潜能。对于二次电池来说，大量的能量以充电后的状态存储。同时，在二次电池的充电过程中，需要外部能源以提供存储在电池中的能量。当二次电池在上述的过程或状态中出现内部短路或故障时，存储在电池中的能量在很短的时间内迅速释放，从而引起诸如起火、爆炸等安全问题。

广泛应用的锂二次电池包括高活性元素(high activity)锂。同时，在发生故障时锂电池具有起火或者爆炸的较大潜在可能。对于锂离子电池来说，锂不以金属状态存在而是以离子状态存在，从而与使用锂金属的电池相比电池的安全性相对更高。然而，在电池中采用的负电极材料和非水电解质(non-aqueous electrolyte)是可燃的，并且从而当电池发生故障时锂离子存在起火或爆炸的可能。

因此，通常，二次电池带有各种安全装置以防止在充电后的状态或电池的充电过程中由于电池自身故障所引起的起火或爆炸。这些安全装置通常通过如导板(lead plate)的导电结构与裸电池的正极端和负极端连接。例如，当电池发热而高温或由于过充电/过放电所引起的电池电压迅速增加时，安全装置可以切断电流，从而防止诸如电池爆炸和/或起火等危险。与裸电池相连接的安全装置的典型例子包括：可以检测异常电流或电压以切断电流的保护电路板、根据由异常电流所引起的过热而工作的正温度系统(PTC)器件以及双金属器件等。

具有连接有安全装置的裸电池的二次电池放置在独立的外壳中，以提供具有完好外观的二次电池。此外，裸电池和连接到裸电池的安全装置，如保护电路板，彼此固定在一起并且用填充在裸电池和保护电路板之间的间隙中的塑模制品(plastic molding)封装，从而产生具有完好外观的二次电池。

通常，根据制造商和产品模型，二次电池具有不同的构成材料、形状、尺寸等，并且可以根据这些因素设计合适的安全装置。另外，典型的二次电池制造商以将裸电池和保护电路板等集成为一体的包装形式提供电池。在大多数情况下，由于二次电池具有预定的组成材料及设计，从而使二次电池作为安装其的产品的一部分。

在这种情况下，二次电池在不同产品中不具有可交换性，从而对于客户来说，很难随意选择用于期望产品中的二次电池。因此，即使一电池与用于期望产品的专门用途的第二电池具有相同的工作条件和功能，也不能将所述第一电池用于该期望的产品中，以取代为该专门用途而制造的专用电池。

为了解决这个问题，已经开发出了具有相同电池工作条件和功能并且可以用于不同产品的二次电池。为了达到这个目的，二次电池通常以包装型二次电池的形式提供，在包装型二次电池中，裸电池的端子和安全装置如保护电路板的端子通过焊接而连接在一起，而裸电池和保护电路板之间的间隙填充有塑模制品从而以物理方式将裸电池与保护电路连接在一起。

图1所示为传统包装型锂离子电池在用塑模制品连接以前的示意性分解透视图。图2所示为传统塑料包装型锂离子二次电池在用塑模制品连接以后的截面图。

参照图1和图2，在包装型电池中，保护电路板30与设置有电极端子130和111的裸电池的表面平行设置。另外，如图2所示，裸电池100和保护电路板之间的间隙用塑模制品填充。当间隙用塑模制品填充时，模制品可能覆盖保护电路板的外表面。然而，外部输入/输出端子31、32必须暴露在外部。

裸电池100包括位于面对保护电路板30的表面上的正极端子111和负极端子130。正极端子111可以是由铝或铝合金构成的盖板或粘接在盖板上的含镍金属板。负极端子130是从盖板上突出的端子，并且与盖板110通过外围绝缘垫片(peripheral insulator gasket)与盖板110电绝缘。

保护电路板30包括由树脂形成并且其上设置有电路的面板以及位于外表面上的外部I/O端子31、32。保护电路板30具有与裸电池上与其相对的表面(盖板表面)基本上相同的尺寸和形状。

与具有外部端子31、32的外表面相背的保护电路板30的内表面上设置有电路部分35以及连接端子36、37等。例如，电路部分35包括用于在电池充电/放电过程中保护电池免于过充电/过放电的保护电路。电路板35和各外部I/O端子31、32通过贯穿保护电路板30的导电结构彼此电连接。

连接导件(connection lead)41、42和绝缘板43等位于裸电池100和保护电路板30之间。通常由镍构成的连接导件41、42用于在盖板110和保护电路板30的各连接端子36、37之间建立电连接。同时，连接导件41、42可以为“L”状或平面结构。为了在各连接导件41、42和端子36、37之间建立电连接，可以采用电阻点焊法(resistance spot welding method)。在如图1所示的例子中，在位于保护电路板和负极端子之间的连接导件42中设置有单独的断路器。在这种情况下，保护电路板的电路部分35不具有断路器。绝缘板43使连接到负极端子130的连接导件42与作为正极端子的盖板电绝缘。

然而，当裸电池100与包括保护电路板30的其它电池部件通过塑模制品组合进包装型电池时，会出现问题。例如，用于安全地连接包括保护电路板30和裸电池100的塑模制品部分20由与包括金属部件如盖板110和壳体的裸电池100不同的材料构成，并且由于其与裸电池100具有小的接触面积，因此塑模制品与裸电池形成较弱的连接。

为了增加塑模制品部分20和裸电池100之间的连接强度，可以考虑增加连接结构如导板(lead plate)的尺寸，或形成单独的增强结构。例如，可以考虑下述的例子，以一定间隙将单独的增强结构焊接到盖板上，其中该间隙的一部分位于增强结构和裸电池之间，从而在塑模制品覆盖增强结构时用塑模制品填充间隙。然而，为了形成该增强结构，需要额外的材料和焊接工序。

另外，为了注入用于在裸电池和保护电路板之间的塑模制品的树脂并固化该树脂，需要用于塑模制品的模具。而且在使用完之后需要去除模具，从而完成制造工序。此外，当注入用于塑模制品的树脂时，还会出现树脂在保护电路板和裸电池之间的间隙中分布不均匀的问题。特别是，当使用结构复杂的增强结构时，很难使用于塑模制品的树脂均匀地填充在保护电路板和裸电池之间的间隙中。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种裸电池可以与安全装置如保护电路板以稳定且简单的方式机械连接并且电连接的二次电池。

另外，可以避免具有传统包装型电池问题的二次电池。这些问题包括：采用复杂的塑模制品工序；用于塑模制品的树脂不能均匀地填充保护电路板和裸电池之间的间隙；以及保护电路板和裸电池之间具有较弱的连接。

本发明提供的一种二次电池包括：裸电池和连接到裸电池上的安全装置。该二次电池具有包括安全装置如安装在模塑制品或封装外壳中的保护电路板的电池部件部分，同时外部输入/输出端子暴露在外部。另外，彼此连接的裸电池和电池部件部分的各外表面具有用于连接两表面的连接部分。该电池还包括用于在两表面之间简单而稳定地形成机械或电连接的辅助元件。

根据本发明的实施例，连接部分的至少一部分具有用于增强电连接的辅助元件，其通过与安全装置的电端子以及裸电池的电极相连接而具有额外的电连接功能。例如，当连接部分为卡扣(snap)形式时，辅助元件可以是位于卡扣的凹陷容纳部分和凸起插入部分之间的界面的导电胶或金属镀层，以增强电连接性能。

当卡扣或导板用作连接部分时，辅助元件可以是位于电池部件部分底表面上的槽，通过其所述连接部分可以轻松地暴露到外部。也就是说，当在电池部件部分的塑模制品或者封装外壳的底表面上设置槽从而以预定方向暴露出连接部分时，连接部分通过该槽可以轻松地暴露到外部。更具体地说，当以卡扣或导板形成的连接部分被压紧或折叠，并且通过焊接牢固地固定时，可以通过该槽暴露到外部，从而易于焊接，例如通过该槽用激光束照射。

在本发明的另一实施例中，其中连接部分以卡扣或导板形成，然后焊接，为了便于焊接工序，电池部件部分可能包括从连接表面突起的连接部分，在电池部件部分和裸电池之间的机械连接部分折叠或啮合以后，即使没有槽也能使其暴露到外部。在这种情况下，当电池部件部分和裸电池的两表面的连接部分啮合时，从电池部件部分和裸电池的连接表面之间突起的连接部分会形成间隙。

附图说明

图1所示为传统包装型锂离子电池在用塑模制品连接以前的示意性分解透视图；

图2所示为传统包装型锂离子二次电池在用塑模制品连接以后的截面图；

图3所示为根据本发明一实施例的电池部件部分和裸电池上部的截面图；以及

图4-6所示为根据本发明另一实施例的二次电池的外观的示意性部分前视图，其中电池部件部分和裸电池通过焊接连接在一起。

具体实施方式

下面参照附图说明本发明的优选实施例。在下面的描述及附图中，相同的标号用于指示相同或相似的部件，并且省略对相同或相似部件的描述。

参照图3，二次电池包括电池部件部分20和裸电池100。电池部件部分20包括通过电端子彼此串联连接的保护电路板21和双金属器件23，保护电路板21和双金属器件23由塑模制品24密封。根据图3所示的实施例当采用制模法制造电池部件部分20时，由于电池部件部分20比包括裸电池的整个二次电池小很多，因此可以方便地大量制造及控制模制品。另外，与通过在保护电路板和裸电池之间注入用于塑模制品的树脂所形成的传统二次电池相比，对盖板110的安全阀(未示出)没有限制。此外，由于一些部件结构的变化或者用于增强用于塑模制品的树脂粘接强度的额外部件，用于塑模制品的树脂在保护电路板和裸电池之间的间隙中填充不均匀的问题可以避免。

根据图3所示的实施例中，电池部件部分20采用塑料树脂模制品。然而，如果需要，电池部件部分20通过使用树脂或金属部分形成组件以密封保护电路板21和双金属器件23。

保护电路板21和双金属器件23中没有串联在保护电路板和双金属器件之间的各电端子在电池部件部分20的底表面上与凸机械连接部分25、27(卡扣的凸出插入部分)或者与负极连接部分26相连接。因此，连接到保护电路板21的凸机械连接部分25同时作为电连接部分。

在裸电池100中通常占用最小面积的矩形盖板110的表面具有位于长侧边的两侧处的凹机械连接部分50a、50b，凹机械连接部分50a、50b分别与电池部件部分20的凸机械连接部分25、27机械连接。例如，凹机械连接部分50a、50b通过激光焊接法焊接到盖板110上，以保持机械连接强度。在盖板110的中央部分，裸电池100的负端子130突出并且与裸电池的其余部分电绝缘。

优选地，凸机械连接部分25、27部分嵌入电池部件部分20的塑模制品24中，从而使其与电池部件部分20以足够机械强度连接。连接到裸电池100的凸机械连接部分25、27的各端具有卡扣钳(jaw)251、271。凹机械连接部分50a、50b包括位于其入口处的倾斜V形颈51a、51b。当凸机械连接部分25、27插入凹机械连接部分50a、50b中以使电池部件部分20与裸电池100连接时，V形颈51a、51b弹性地加宽以容纳卡扣钳251、271。当凸机械连接部分25、27被强制移走时，不具有倾斜部分的V形颈51a、51b与夹板251、271啮合。因此，一旦电池部件部分20与裸电池100连接，彼此很难分开。此外，凸机械连接部分25、27和凹机械连接部分50a、50b分别以高强度连接到电池部件部分和裸电池。因此，电池部件部分20中的各保护电路板21和双金属器件23与裸电池100稳定地连接。

在电池部件部分20中，连接到双金属器件23的电端子上的负电极连接部分26由片状弹片(plate-shaped spring)形成。当电池部件部分20的机械连接部分25、27、50a、50b连接到裸电池100时，片状弹片与裸电池的负端子130接触并且该端子发生变形，从而与负端子130保持大面积接触。负电极以与正电极相同的方式形成机械连接结构以防止在连接后分开。

通常，含铝金属比其它金属具有更好的导电性。但是，即使根据本发明实施例的连接部分由含铝金属构成，当连接部分仅处于表面电接触时仍然会导致高阻值。也就是说，凹机械连接部分50a、50b和凸机械连接部分25之间的接触电阻增加了电阻值，从而使电池的内部阻抗增大。该增大的内部阻抗会引起二次电池的性能退化。另外，当机械连接部分仅处于表面电接触时，由于外部冲力的作用连接部分之间的电接触变得不稳定。

因此，根据本发明如图3所示的实施例，电池部件部分的凸机械连接部分25、27和裸电池100的凹机械连接部分50a、50b包括由导体如金形成的金属镀层或由导电胶如银胶形成的涂覆层，其在凸部分和凹部分连接时接触。在一实施例中，金属镀层或涂覆层施加在凹机械连接部分50a、50b和凸机械连接部分25、27的表面上。

图4到图6为根据本发明另一实施例的二次电池的部分外观的示意性前视图，其中电池部件部分20和裸电池100通过焊接而连接在一起。这些实施例是基于位于裸电池100和电池部件部分20之间的接触点处，用于促进并增强机械连接的辅助元件而不是用于降低接触电阻的电辅助元件。

可以理解，连接后的电池部件部分20和裸电池100的结构与图3所示的实施例基本上相同。因此，电池部件部分20和裸电池100的连接结构基本上相同。下面解释根据图4和图5的实施例。图3所示的实施例与根据图4和图5所示的实施例的区别是：电池部件部分的凸机械连接部分(未示出)与裸电池100的凹机械连接部分50是机械啮合并且焊接以降低电阻并增强电连接的稳定性。由于这些实施例中的电连接除了通过除机械连接外还进行焊接，从而连接更稳定，因此不再需要用作降电阻器件的镀金层或银胶。

在一实施例中，在机械连接点上的焊接可以采用激光焊接法。具体地说，当机械连接部分嵌入到塑模制品中时，由于电阻焊接法容易引起塑模制品24的变形，因此采用局部加热的激光点焊法。同时，当机械连接部分由导体如铝形成时，采用激光束焊接法而不采用电阻焊接法。

另外，例如当通过如图4所示的电池部件部分20和裸电池100之间的狭缝200在焊点253a、253b和263处焊接机械连接部分时，激光点焊法由于使用很小的激光束而且焊接方便，所以更准确。虽然，如以放大状态的图5所示，在塑模制品24中形成用于通过其照射激光的槽241，但是当采用激光束焊接法时不需要形成如此大的槽241。

如图4所示，为了产生用于焊接的间隙200，电池部件部分20的凸机械连接部分25、27(图3)从电池部件部分的连接表面突起。然而，如果凸机械连接部分从连接表面过度突起，那么电池部件部分20和裸电池100之间的抗弯曲力变弱。因此，凸机械连接部分优选地从连接表面突起以产生用于焊接的最小间隙。如图4所示，可以在裸电池100的负极端子130和电池部分元件的负电极连接部分26处进行焊接。

由于上述焊接不是用于提供机械强度，而是用于提供电连接的稳定性并且降低电阻，因此不需要在大面积上更深地焊接。然而，机械连接部分的机械连接强度还可以通过点焊来进一步增强。

如图5所示，为了通过使用塑模制品形成电池部件部分的槽241，用于塑模制品的模具需要具有槽。槽241可以仅形成在前表面上或者形成在前表面和后表面上。当激光束通过该槽照射预定时间时，凹机械连接部分50a、50b的外表面部分融化，而且与凹机械连接部分内表面接触的凸机械连接部分的外表面由于导热也融化。因此，可以在焊点253a、253b处完成点焊。

当采用组合塑料构件代替塑模制品时，塑料构件可以形成为具有如图4所示突起的凸机械连接部分。另外，在构成电池部件部分下部的塑料构件中形成槽。虽然，在根据图4和图5的实施例中，对用作机械连接部分的端子进行焊接，但是由于焊点数量的增加会导致焊接所需的时间和人力增加，因此在另一实施例中，只对用作电连接端子的机械连接部分进行焊接。

如图6所示，与图1所示的电端子相似，导板136a、136b、141a和141b用作电池部件部分20和裸电池100之间的连接部分。图1所示的实施例与图6所示的实施例的不同之处是用于连接保护电路板和裸电池的装置不是塑模制品。更具体地说，作为安全装置的保护电路板通过塑模制品被组合进电池部件部分，然后与裸电池100连接。另外，为了连接电池部件部分和裸电池100，将导板136a、136b、141a和141b焊接在一起。为了便于焊接，塑模制品上设置有槽，即使裸电池与电池部件部分20连接，导板136a、136b、141a和141b也可以通过该槽暴露到外部。由于该槽的存在，可以根据导板136a、136b、141a和141b所含的材料选择合适的焊接法。例如，除激光焊接法外还可以采用电阻焊接法。然而，在这种情况下，位于电池部件部分20和裸电池100之间的导板136a、136b、141a和141b的焊接必须充分以保证在电池部件部分和裸电池之间连接的机械强度。因此，如图4和图5所示的通过将接触电阻转换为焊接电阻以降低电阻的点焊法就不再适用。另外，需要更多更深的焊点273a和273b，并且需要使用具有足够机械强度的厚的导板。为了增加焊点的机械强度，根据上述实施例，用于暴露出连接部分的槽与电池的两表面相连接。更具体地说，槽优选地使连接点的导板136a、136b、141a和141b都暴露到外部，从而使连接点的两侧都可以进行焊接。

根据本发明实施例的连接部分的结构和配置并不仅限于图3所示的实施例。同时，用于便于焊接的结构也并不限于图4到图6所示的实施例。通常，根据制造商和产品模型，二次电池具有不同的构成材料、形状、尺寸等。由于安全装置的合适设计由这些因素确定，因此当二次电池的共性没有标准化时，用于电池部件部分的安全装置需要根据连接到电池部件部分的裸电池的特性确定。

当电池部件部分反复使用时，电池部件部分与不合适的裸电池的不适当连接的可能性增加，从而需要防止不适当连接的结构。一种结构是根据裸电池的容量和特性等改变裸电池和电池部件部分中的机械连接部分的位置、尺寸和数量，即通过形成所谓的“识别结构”。另外，通过形成分别具有彼此互补的突起部分和凹陷部分的电池部件部分和裸电池的连接表面也可以实现识别结构。

根据按照裸电池的特性而不同的识别结构，可以防止由于在裸电池的充电/放电过程中使用不恰当的安全装置而引起的危险。虽然具有来自不同制造商并作为不同产品模型的一些裸电池，但是如果裸电池在一定的范围内具有相同的特性，这些裸电池可以共用电池部件部分，从而增加了互换性。

此外，根据本发明，可以克服在现有技术中出现的下述问题：在形成塑模制品的过程中，必须保护安全阀的周围，以及用于塑模制品的树脂在安全装置和裸电池之间的间隙填充不均匀。

虽然为了说明描述了本发明的优选实施例，但是熟悉本领域的技术人员在不脱离本发明所附的权利要求保护范围和精神的情况下，还可以有各种改进、增加及替代。

Claims

1、一种二次电池，包括：

裸电池，其由包括负电极、隔板和正电极的电极组件、用于容纳所述电极组件和电解液的容器型壳体以及用于封闭所述壳体的盖组件组成；以及

安全装置，其与所述裸电池的外表面电连接，

其中，所述安全装置被组合进所述电池部件部分；

其中，所述裸电池的外表面和电池部件部分的外表面具有用于连接所述裸电池外表面和所述电池部件部分的外表面的连接部分；以及

其中，所述裸电池的外表面和所述电池部件部分的外表面还包括用于在两连接部分之间进行辅助连接的辅助元件。

2、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述电池部件部分通过用塑模制品密封所述安全装置的至少一部分外表面形成。

3、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述电池部件部分通过将所述安全装置安装在封装外壳中形成。

4、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述连接部分中至少一部分用作所述安全装置和所述裸电池之间的电连接端子。

5、根据权利要求4所述的二次电池，其特征在于，所述辅助元件是位于接触表面上的金属镀层，所述接触表面通过所述连接部分的啮合形成。

6、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述辅助元件是位于接触表面上的胶涂覆层，所述接触表面通过所述连接部分的啮合形成。

7、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述辅助元件是在连接部分啮合后形成的焊接点。

8、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述连接部分具有识别结构，该识别结构通过根据所述裸电池的特性改变所述连接部分的位置、尺寸和数量中的至少一个而实现。

9、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，所述辅助元件用于增强所述连接部分之间的机械连接，并且具有在电池部件部分上形成的槽，连接部分通过该槽暴露到外部，同时所述电池部件部分的连接部分与所述裸电池的连接部分相接触。

10、根据权利要求9所述的二次电池，其特征在于，所述连接部分是在所述电池部件部分和裸电池的连接表面上形成的导板。

11、根据权利要求9所述的二次电池，其特征在于，所述连接部分是在所述电池部件部分和裸电池的连接面上形成的凹陷容纳部分和凸起插入部分。

12、根据权利要求1所述的二次电池，其特征在于，通过形成所述电池部件部分的连接部分设置所述辅助元件以使其从连接表面突起，从而在所述电池部件部分和裸电池之间形成间隙，并且所述连接部分通过该间隙暴露到外部，同时所述电池部件部分的连接部分与所述裸电池部分的连接部分啮合。