CN1728415A - 罐型二次电池 - Google Patents

Abstract

一种罐型二次电池适于当出现由于外部冲击力引起的该二次电池变形时，促使该二次电池内的金属之间短路，以便减少热量产生并改进二次电池的安全性。

Description

罐型二次电池

相关申请的交叉申请

本申请要求2004年7月30日在韩国知识产权局递交的、韩国专利申请No.10-2004-0060088的优先权和利益，这里将其全部内容合并参考。

技术领域

本发明涉及罐型二次电池，更准确地说，涉及当由于外部冲击而造成二次电池变形时、适于促使二次电池内的金属之间短路的罐型二次电池。

背景技术

随着包括便携式电话、膝上型计算机和摄像机等便携式无线设备趋于在结合更多功能的同时降低重量，已经对作为这些设备的驱动源而使用的二次电池进行了大量研究。例如，二次电池包括镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池以及锂二次电池。由于锂二次电池能够被再充电、能够被制为具有高容量的紧密尺寸、以及具有高工作电压和每单位重量的高能量密度，锂二次电池广泛应用在尖端电子装置领域中。

图1为表示传统罐型二次电池的分解透视图。

通过将包括第一、第二电极板115、113以及隔板114的电极组件112与电解液一起放置在罐110中、并且用盖组件120密封罐110的顶部开口110a，形成罐型二次电池。第一、第二电极板115、113可以分别被形成为负极板和正极板。

盖组件120包括盖板140、绝缘板150、端板160以及电极端子130。在被连接到分离的绝缘壳体170之后，盖组件120被连接到罐110的顶部开口110a且密封该开口。

盖板140为具有与罐110的顶部开口110a相对应的尺寸和形状的金属板。盖板140具有以预定尺寸形成于其中心的第一端子通孔141，电极端子130被插入到该端子通孔141中。当电极端子130插入到第一端子通孔141中时，垫圈管146连接到该电极端子130的外表面并且被一起插入，以便在电极端子130和盖板140之间绝缘。盖板140具有以预定尺寸形成在其另一侧的电解液注入孔142。在盖组件120被组装到罐110的顶部开口110a上之后，电解液通过电解液注入孔142注入，然后电解液注入孔142被塞子143密封。

电极端子130连接到第一电极板115的第一电极接片117，或者连接到第二电极板113的第二电极接片116，并且充当负端子或者正端子。

绝缘板150由诸如垫圈之类的绝缘物质制成，并且连接到盖板140的底面。绝缘板150具有形成在与盖板140的第一端子通孔141相对应的位置处的第二端子通孔151，从而电极端子130可以插入其中。绝缘板150具有形成在其底面、尺寸与端板160相对应的底槽152，从而端板160能够位于其上。

端板160由Ni金属或者其合金制成，并且连接到绝缘板150的底面。端板160具有形成在与盖板140的第一端子通孔141相对应的位置处的第三端子通孔161，从而电极端子130可以插入其中。电极端子130经由盖板140的第一端子通孔141连接到端板160，并且被垫圈管146所绝缘。同样地，端板160电连接到电极端子130，并且从盖板140电绝缘。

为了将电极端子130连接到盖板140、绝缘板150和端板160，电极端子130在被施加恒力时旋转，并被插入第一端子通孔141中。在穿过第一端子通孔141之后，电极端子130连续穿过第二和第三端子通孔151和161，上述端子通孔分别形成在与盖板140的底面相连接的绝缘板150和盖板160之上。形成在绝缘板150上的第二端子通孔151的内直径，等于或者略微大于插入的电极端子130的外直径，从而电极端子130压配合地进入第二端子通孔151，而电极端子130的外表面被固定在该处。

当锂离子二次电池的电极组件中发生内短路或者外短路时，或者当该电池遭受充电/过放电时，电池的电压急剧升高并且电池处于破裂的危险之中。为了防止二次电池内部的短路，绝缘接片附加到易于遭受短路的部分，包括电极接片和电极组件的第一、第二电极板的末端之间的焊接部分。另外，该二次电池与包括正温度系数(PTC)热元件、热熔丝以及保护电路的安全装置电连接，以便当电池的电压或温度突然升高时切断电流，并且防止电池破裂。

当二次电池由于冲击或者压力而变形时，然而，无论保护电路还是保护装置都不能防止电极板之间的短路。根据纵向压力估计方法，该方法是估计罐型二次电池安全性的方法之一，罐型二次电池内的电极板之间的短路是个问题。在纵向压力测试中，该测试是估计罐型二次电池安全性的项目之一，使用压缩夹具在与罐型二次电池的纵向方向相正交的方向上，压缩罐型二次电池的两个横向表面。在压缩过程中，压缩夹具的压缩表面与罐型二次电池的两个横向表面保持平行，压力为13kN。随着根据该纵向压力估计方法而压缩罐型二次电池，第一和第二电极板相互短路，电流急剧地从第二电极板流向第一电极板。结果，由于第一、第二电极板自身的电阻而产生了过量的热量。该过量的热量可能导致二次电池爆炸。

发明内容

因此，本发明的实施例提供了一种罐型二次电池，适于当由于外部冲击力或者压力而引起该二次电池变形时，促使该二次电池内的金属之间短路。

提供的罐型二次电池包括具有第一和第二电极板的电极组件；用于容纳电极组件和电解液的罐；以及具有盖板、绝缘板、电极端子和端板的盖组件，该盖组件安装到罐的顶部开口，以密封该顶部开口，其中端子通孔周围的绝缘板的至少一侧，与安装在该绝缘板底面的端板具有相对应的尺寸，电极端子插入到该端子通孔中，从而当由于纵向压缩引起罐变形时，端板与罐的内表面相接触。第一和第二电极板可以分别被形成为负极板和正极板。

绝缘板可以具有在端子通孔周围的、形成为与端板具有相对应的尺寸的一侧，以及以预定宽度延伸的另一侧，从而第一电极板的第一电极接片能够焊接到与绝缘板底面相连接的端板上。

绝缘板可以具有与端板相连接的底板，以及从底板的每个侧端和侧面向下突出的侧壁，并且侧壁的侧端壁和侧面壁可以从端子通孔周围的绝缘板的至少一侧上除去，从而该侧具有对应于端板的尺寸。

被从绝缘板的一侧除去的侧端壁可以保持预定的宽度。

留在绝缘板一侧的侧端壁的宽度可以等于或者小于绝缘板宽度的50％。

侧壁的高度可以等于或者大于端板的高度。

绝缘板可以具有形成于侧面壁上的焊接槽，该焊接槽形成于端子通孔周围的另一侧的侧面上，位于与端板的电极接片被焊接之处相对应的位置。

附图说明

图1是表示传统罐型二次电池的分解透视图。

图2是表示根据本发明实施例的罐型二次电池的分解透视图。

图3是表示根据本发明实施例的罐型二次电池的局部截面图。

图4a表示根据本发明实施例的绝缘板的仰视图。

图4b为图4a所示绝缘板的侧视图。

图5a为表示根据本发明另一实施例的绝缘板的仰视图。

图5b为图5a所示绝缘板的侧视图。

图6为根据本发明另一实施例的绝缘板的仰视图。

图7为沿图3中线A-A’的仰视截面图。

图8为表示与图7相同的部分承受纵向压缩和变形时的仰视截面图。

具体实施方式

参照图2和图3，罐210包括容纳在该罐210中的电极组件212、以及用于密封该罐210的顶部开口210a的盖组件220。盖组件具有绝缘板250，当二次电池由于外力而变形时，绝缘板250使得构成盖组件的端板260为短路。

罐210为近似盒形的金属元件，并且可由轻、易延展的铝或铝合金制成，但是材料并且局限于此。容器210可以具有形成在其表面的开口(例如，顶部开口210a)，电极组件212通过该开口被放置到罐210中。

电极组件212包括第一、第二电极板215、213和隔板214。第一、第二电极板215、213与置入其间的隔板214一起层叠，并且卷绕成胶卷结构。第二电极板213具有与其焊接的第二电极接片216，第二电极接片216的一端从电极组件212的顶部突出。第一电极板215具有与其焊接的第一电极接片217，第一电极接片217的一端从电极组件212的顶部突出。第一、第二电极板215、213通常被分别形成为负、正极板，但是在必要时可以转换。

盖组件220包括盖板240、绝缘板250、端板260以及电极端子230。在被连接到分离的绝缘壳体270之后，盖组件220被连接到罐210的顶部开口210a，并且密封该开口。

盖板240为尺寸和形状与罐210的顶部开口210a相对应的金属板，可由质轻的铝或铝合金制成。盖板240具有以预定尺寸形成在其中心的第四端子通孔241，以及形成在其一侧的电解液注入孔242。电极端子230被插入第四端子通孔241，并且垫圈管246被组装到该第四端子通孔241的内表面，以使电极端子230和盖板240之间绝缘。

电解液注入孔242以预定尺寸形成在盖板240的一侧。在盖组件220被组装到罐210的顶部开口210a之后，电解液通过电解液注入孔242被注入，然后该电解液注入孔242被塞子243所密封。

绝缘板250由诸如垫圈之类的绝缘材料制成，并且包括底板252、从底板252的每一侧面以及侧端向下延伸的侧壁253。绝缘板250具有在预定位置形成的第五端子通孔251。绝缘板250被连接到盖板240的底板252的下表面，并且底板252的面积与端板260的面积相对应。绝缘板250的侧壁253的高度可以大于端板260的厚度。

可以对第五端子通孔251进行定位，以便当绝缘板250和盖板240相互连接时，第五端子通孔251与盖板240的第四端子通孔241相对应。电极端子230被插入第五端子通孔251中。第五端子通孔251可以与绝缘板250的中心相隔开。

参照图4a和4b，在绝缘板250中，当形成侧壁253以便只呈现出底板252时，第五端子通孔251周围的至少一侧部分地除去侧端壁和侧面壁。同样地，从绝缘板252移开侧壁253的一侧具有与端板260相对应的尺寸，并且绝缘板250的侧端和侧面与端板260的侧端和侧面相对应。

可选地，可以配置绝缘板250，以便在绝缘板250上没有形成侧壁253，底板252大于端板260，并且第五端子通孔251周围的绝缘板250的一侧具有对应于端板260的尺寸。

端板260可由金属镍或者镍合金制成，并且连接到绝缘板250的底板253的下表面。端板260具有形成在与盖板240的第四端子通孔241相对应的位置处的第六端子通孔261，从而电极端子230可以被插入其中。

电极端子230被插入盖板240的第四端子通孔241、第五端子通孔251和第六端子通孔261中，同时被垫圈管246绝缘，并且连接到端板260上。同样地，端板260在盖组件220中电连接到电极端子230，同时与盖板240电绝缘。

绝缘壳体270包括第一、第二电极接片孔272、271，并且连接盖组件220的底部，以将盖组件220与电极组件212电绝缘。第二电极接片216穿过第二电极接片孔271而延伸，并且连接盖板240。第一电极接片217穿过第一电极接片孔272而延伸，并且连接端板260。

图5a为表示根据本发明另一实施例的绝缘板的俯视图，图5b为图5a所示绝缘板的侧视图。

根据本发明另一实施例的绝缘板250a，由诸如垫圈之类的绝缘材料制成，并且包括底板252a和从该底板252的每一侧面和侧端突出的侧壁253a。绝缘板250a具有在预定位置形成的第五端子通孔251a。

在绝缘板250a中，侧壁253a被从第五端子通孔251a周围的一侧部分地除去。侧端壁254a以预定宽度形成在没有侧壁253a的该侧上。侧端壁254a的宽度可以等于或者少于绝缘板250a宽度的50％。如果侧端壁254a的宽度过大，连接到绝缘板底面的端板260，在旋转时可能无法接触内壁。侧端壁254a的高度可以等于侧壁253a的高度，并且还可以大于端板260的厚度。

因此，绝缘板250a的侧端壁254a防止端板260的侧端短路到电极接片。更具体地，从电极组件212的顶部向外突出的第二或第一电极接片216、217为薄金属板，分别被焊接到盖板240以及端板260上，并且被弯曲。当第二电极接片216弯曲或者当盖组件230被组装到罐210时，第二电极接片216和端板260可能短路。同样地，侧端壁254a防止第二电极接片216和端板短路。

图6为表示根据本发明另一示范性实施例的绝缘板的俯视图。绝缘板250b可以由诸如垫圈之类的绝缘材料制成，并且包括底板252b和从底板252b的每一侧面和一侧端突出的侧壁253b。绝缘板250b具有在预定位置形成的第五端子通孔251b。

在绝缘板250b中，当侧壁253b被形成为只呈现出底板252b时，侧端壁和侧面壁从第五端子通孔251b周围的至少一侧被部分地除去。同样地，从绝缘板250b除去侧壁253b的一侧具有与端板260相对应的尺寸，并且绝缘板250b的侧端和侧面与端板260的侧端和侧面相对应。

侧壁253b具有在第一电极接片217焊接到端板260的位置处、形成在其侧面的焊接槽255b，端板260连接到端子通孔251b周围的绝缘板250b的另一侧。侧壁253b的高度可以大于端板的高度，并且当第一电极接片217焊接到端板260时，难以在第一电极接片217和端板260的底面之间保持完全接触。因此，焊接槽255b使得第一电极接片217固定到端板260的底面，以方便焊接。

下面描述根据本发明示范性实施例的二次电池的操作。

参照图7，盖组件220具有焊接到其底面的第一和第二电极接片217、216，并且连接到罐210的顶部开口210a。端板260与罐210的内壁隔开预定距离，并且与其电绝缘。因此，第一和第二电极端子217、216相互电绝缘。

当罐210发生变形时，例如由施加到该罐型二次电池上的外部冲击力或者压力而造成的纵向压缩，在隔板214被损坏后，位于在罐210内的电极组件212中的第一和第二电极板215和213可能短路。结果，电流在第一和第二电极板215、213之间流过，并且由于第一和第二电极板的内部电阻而产生热量。

如果罐210发生如图8所示的变形，端板260的拐角在一点处(标示为a)接触罐210的内表面，并且发生短路。由于罐210被连接到盖板240以及第二电极接片216上，并且端板260被连接到第一电极接片217上，二次电池的第一和第二电极板短路。罐210和端板260由具有低电阻的金属制成，如果在它们之间发生短路，电流急剧流过而产生的热量减少。

下面的表1表示根据电极和罐之间短路的类型，测量电阻和热量产生程度的结果。

表1

短路类型	电阻(ohm)	电阻热(J)	短路部分的温度(℃)
				正极板-负极板	11.00	3,564	150或更高
正极板-负极接片	8.70	7,830	100或更高
				罐-负极板	5.10	2,040	150或更高
罐-负极接片	0.02	24	60
				正极接片-负极接片	0.04	36	65

在表1中，短路类型是指电极组件和罐元件中的元件对，短路发生在该元件对之间；电阻是指根据每一类型，短路发生后在正、负极接片之间所测得的电阻值；短路部分的温度是指短路发生后，与由电阻所产生的热量相关的温度。下面描述测量每一元件之间的电阻和短路部分的温度的方法，该描述参照在负、正电极板之间发生的短路的实例：正、负电极被切割为预定尺寸并且被布置成在两片滑动玻璃之间相互接触；电流施加到两端并且电阻被测量；电流从被安全充电的实际电池中放出，以模拟单元电池的最大放电电流；热电偶被附加到所述滑动玻璃的外部，以测量短路部分的温度。

如表1所示，当在正或负电极板和其它任意元件之间发生短路时，电阻和电阻热增加，并且短路部分的温度升高。然而，当金属之间发生短路时，比如罐和正极接片或者正、负极接片之间，电阻热和温度升高较少。

当本发明的二次电池由于纵向压缩而变形时，因此，在盖组件中的端板和罐之间的每一金属发生短路，并且电阻热的产生和电池内部温度的升高都被最小化。

根据本发明的罐型二次电池，当二次电池由于外部冲击而变形时，引起二次电池内部金属之间的短路，以减少热量产生，并且改进二次电池的安全性。

尽管以上以说明为目的对示范性实施例进行了描述，但熟悉本领域的人员可以理解，在不背离本发明权利要求所提出的范围和思路的情况下，本发明可以有各种改变、添加和替换。

Claims (16)

1、一种罐型二次电池，包括：

电池组件，具有第一电极板、第二电极板以及隔板；

罐，用于容纳该电极组件和电解液；以及

盖组件，具有盖板、绝缘板、电极端子和端板，该盖组件被连接到该罐的顶部开口，以密封该顶部开口，

其中具有供电极端子通过的端子通孔的该绝缘板的至少一侧，形成与安装在该绝缘板底面上的端板相对应的尺寸，使得出现由于施加到该罐型二次电池的纵向压缩引起的罐变形时，该端板与该罐的内表面是可接触的。

2、如权利要求1所述的罐型二次电池，

其中该绝缘板具有在该端子通孔周围的第一侧，该第一侧形成与该端板相对应的尺寸，并且

其中该绝缘板具有延伸预定宽度的第二侧，从而该第一电极板的第一电极接片可焊接到该端板上。

3、如权利要求1所述的罐型二次电池，其中该绝缘板具有底板，该底板具有侧端、侧面以及从每个侧端和侧面突出的侧壁，并且

其中该侧壁被从该端子通孔周围的绝缘板的至少一部分上去除。

4、如权利要求1所述的罐型二次电池，其中该绝缘板具有底板，该底板具有带有预定宽度的侧端壁。

5、如权利要求4所述的罐型二次电池，其中该侧端壁的宽度等于或者小于该绝缘板宽度的50％。

6、如权利要求3所述的罐型二次电池，其中该侧壁的高度等于或者大于该端板的高度。

7、如权利要求3所述的罐型二次电池，其中该绝缘板具有形成在该侧壁上、位于该第一电极接片可焊接处的焊接槽。

8、如权利要求1所述的罐型二次电池，其中该第一电极板和该第二电极板分别被形成为负极板和正极板。

9、一种用于罐型二次电池的盖组件，该二次电池包括电解液以及具有第一电极板、第二电极板和隔板的电极组件，该盖组件包括：

盖板；

电极端子，穿过该盖板可被插入；以及

绝缘板，具有用于电极端子通过的端子通孔；

其中该绝缘板的至少一侧形成与可安装在该绝缘板底面上的端板相对应的尺寸，使得出现由于施加到该罐型电池的纵向压缩引起的罐变形时，该端板与该罐的内表面是可接触的。

10、如权利要求9所述的盖组件，其中该绝缘板具有在该端子通孔周围的第一侧，该第一侧形成与该端板相对应的尺寸，并且

其中该绝缘板具有延伸预定宽度的第二侧，从而该第一电极板的第一电极接片可焊接到该端板上。

11、如权利要求9所述的盖组件，其中该绝缘板具有底板，该底板具有侧端、侧面以及从每个侧端和侧面突出的侧壁，并且

其中该侧壁被从该端子通孔周围的绝缘板的至少一部分上去除。

12、如权利要求9所述的盖组件，其中该绝缘板具有底板，该底板具有带有预定宽度的侧端壁。

13、如权利要求12所述的盖组件，其中该侧端壁的宽度等于或者小于该绝缘板宽度的50％。

14、如权利要求11所述的盖组件，其中该侧壁的高度等于或者大于该端板的高度。

15、如权利要求11所述的盖组件，其中该绝缘板具有形成在该侧壁上、位于该第一电极接片可焊接处的焊接槽。

16、如权利要求9所述的盖组件，其中该第一电极板和该第二电极板分别被形成为负极板和正极板。

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