CN1747219A - 锂二次电池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种锂二次电池，该锂二次电池包括具有与介于其间的隔板一起卷绕的第一和第二电极的电极组件，以及位于该电极组件上的绝缘壳。该绝缘壳是由抗拉强度至少为500kg/cm2的树脂或树脂复合材料制成的。
Description
相关申请的交叉参考
本申请要求于2004年9月9日递交到韩国知识产权局的韩国专利申请No.2004-0072327KR的优先权和利益，该申请全部内容包含在此作为参考。
技术领域
本发明涉及锂二次电池，更具体地说，涉及在电池受到物理外力时，适于均匀分布施加于电极组件上的应力，以防止电池短路的锂二次电池。
背景技术
通常二次电池是指，对比不能充电的一次电池来说，适合充电和放电的电池，并且二次电池广泛使用在前沿电子设备领域，包括便携式电话、膝上型电脑和可携式摄像机。尤其是锂二次电池的工作电压至少是3.6V，是通常用作便携式电子设备电源的镍镉电池或镍氢电池的工作电压的3倍大。锂二次电池还具有高的每单位重量能量密度，因为这些原因，锂二次电池在工业中已经迅速地流行起来。
锂二次电池通常用锂基氧化物作正极活性物质，碳材料作负极活性物质。电解质类型的锂二次电池通常分为使用液态电解质的锂离子电池和使用聚合物电解质的锂聚合物电池。锂二次电池被制造成包括圆柱、正方形和袋状的各种形状。
图1是简要表示常规罐型锂二次电池的分解透视图。锂二次电池是把由第一电极13、第二电极15和隔板14组成的电极组件12放进装有电解液的罐10，并用盖组件70在罐10的顶部密封而形成。
盖组件70包括盖板71、绝缘板72、端子板73和电极端子74。盖组件70被连接到罐10的顶端开口并把开口密封。绝缘壳(insulation case)79被安装到电极组件12的上部，以防止电极组件12与盖组件70和罐10接触。
盖板71是尺寸和形状与罐10顶端开口对应的金属板。盖板71的中央形成有预定尺寸的端子通孔，电极端子74被插进这个通孔中。在电极端子74被插入该端子通孔时，垫圈管(gasket tube)75被连接到电极端子74的外表面并被一起插入该通孔，以在电极端子74和盖板71之间起绝缘作用。盖板71带有在其一边形成的预定尺寸的电解液注入孔76。在盖组件70装配到罐10的顶端开口后，电解液通过电解液注入孔76注入，随后电解液注入孔76由塞子77密封。
电极端子74被连接到第二电极15的第二电极接片17或第一电极13的第一电极接片16，担当第二或第一电极端子。剩下的没有连接到电极端子74的电极通常被连接于罐10。绝缘带18分别缠绕在第一电极接片16和第二电极接片17从电极组件12伸出的部分上，以避免电极13和15之间的短路。该第一或第二电极充当正极或负极。
在此罐型锂二次电池中，绝缘壳79被插到盖组件70和电极组件12之间，以固定电极组件12的位置，以及电极接片16和17的位置，而且绝缘壳79是用聚丙烯材料制成的。由聚丙烯材料制造的绝缘壳存在增加电池厚度的缺点，但是各厂家制造的绝缘壳的形状可以有所不同。而且，聚丙烯材料硬度差，在跌落试验和类似情况下，当电极组件向盖组件移动时，绝缘壳变形并造成施加于电极组件上部的局部应力。这导致短路。尽管每一个制造厂商都设法通过改变绝缘壳形状避免由这种因物理外力造成的短路，但是由于聚丙烯材料自身的刚度原因，短路的危险依然存在。
发明内容
在本发明一个实施例中，提供一种具有绝缘壳的锂二次电池，该绝缘壳即使在受到物理外力时也不容易变形，并且能够在其浮动时均匀分布施加于电极组件的压力，以防止电池短路并改进安全性。
在本发明另一实施例中，提供一种锂二次电池，该锂二次电池包括具有与介于其间的隔板一起卷绕的第一和第二电极的电极组件，以及位于该电极组件顶部的绝缘壳，其中该绝缘壳是由抗拉强度至少为500kg/cm2的树脂或树脂复合材料制成的。
优选所述树脂或树脂复合材料具有至少900kg/cm2的抗压强度。
附图说明
图1为简要表示常规二次电池的分解透视图。
图2为表示聚丙烯绝缘壳受物理外力作用而变形的截面图。
图3a为表示根据本发明一实施例的绝缘壳的透视图。
图3b为图3a所示的绝缘壳的俯视图。
图4为表示根据本发明一实施例的绝缘壳的透视图。
具体实施方式
绝缘壳所起的作用是固定包含在锂二次电池罐中的电极组件的位置，以及固定从电极组件的第一和第二电极伸出的电极接片的位置。绝缘壳是用作为常规绝缘材料的聚丙烯制成的，以避免电极接片间的短路。但是聚丙烯绝缘壳的强度差，可能受物理外力作用而变形，比如在电池跌落试验中。
当物体受外力作用时，通常会变形并且产生抗衡此外力的抵抗力。这样的抵抗力称为“内力”，每单位面积的内力大小称为“应力”。应力分为正应力和切应力，正应力进一步分为拉应力和压应力。
抗拉强度是材料能够承受的最大应力，且被定义为断裂载荷，当拉伸载荷施加于该材料时，其被材料的内部截面区域分开。抗压强度是表示材料抵抗压缩载荷的材料特征值，且被定义为单位面积抗压断裂载荷。聚丙烯的抗拉强度是340kg/cm2，抗压强度是500kg/cm2。这意味着聚丙烯在法向方向上抵抗外力作用的正应力对于绝缘壳而言比较差。
图2是表示图1的聚丙烯绝缘壳79受物理外力作用而变形的截面图。尽管图1中所示的绝缘壳79均匀地向电极组件的整个上表面施加力，但是如图2中所示变形的聚丙烯绝缘壳79向电极组件的中心A施加集中载荷。这样由变形的聚丙烯绝缘壳向电极组件上部的中心施加的局部应力，可能造成电池短路。
在本发明一些实施例中，绝缘壳是用具有极好强度并且即使受到物理外力也很少变形的树脂或树脂复合材料制成的。因此，即使是在强烈撞击情况下，也没有局部应力施加于电极组件，而且应力分布是均匀的。
本发明的绝缘壳可以用抗拉强度至少500kg/cm2的树脂或树脂复合材料制成。在一个实施例中，该树脂或树脂复合材料具有至少900kg/cm2的抗压强度。如果树脂或树脂复合材料的抗拉强度小于500kg/cm2，则在电池的跌落试验中，减少变形的效果就可能是不适宜地微不足道。抗拉强度可以根据ASTM D638方法进行测量，而抗压强度则根据ASTM D695进行测量。
本发明的绝缘壳可以用上述具有极好强度的材料制成，并且，所用材料不与锂二次电池中用的包含锂盐的非水电解液发生反应。该锂二次电池的非水电解液包括碳酸酯、酯、乙醚或酮的有机溶剂，并且，如果该绝缘壳没有对这种有机溶剂的抵抗力，则有可能会被后者腐蚀。
该树脂可以是酚醛树脂、玻璃纤维增强树脂或碳纤维增强树脂。不过，本发明中使用的树脂或树脂复合材料不受这里举例的限制。
在一个实施例中，酚醛树脂是在19世纪早期由美国人贝克兰(Bakeland)发明的工业化的复合树脂，可以得到产品名称为BAKELITETM的酚醛树脂。酚醛树脂是由苯酚和甲醛间反应制造的热固性树脂，具有极好的电绝缘性、机械强度和抗热性。最初的在苯酚和甲醛间反应过程中由酸催化剂产生的树脂被称为“酚醛清漆(novolak)”，而由基本催化剂产生的树脂被称为“酚醛树脂A(resol)”。在此实施例中，酚醛树脂的抗拉强度是520kg/cm2，抗压强度是1400kg/cm2。
参见图3a和3b，绝缘壳179包括主体181和分别位于主体181两侧端的侧端支撑体183和184。主体181的尺寸和形状与图1中所示罐10顶端开口的尺寸和形状一致。侧端支撑体183和184向上突出预定距离，适于从两侧端支撑主体181，以防止绝缘壳179和电极组件12在罐10被振动或撞击时浮动。主体181在其一边形成有让第二电极接片17伸出的电极接片伸出开口187，在其另一边形成有提供电解液流进电极组件12通道的电解液注入口188。主体181还在其侧面形成允许伸出第一电极接片的阶梯部189。
图3b是图3a中所示的绝缘壳的俯视图。参见图3b，绝缘壳可以包括在主体181上形成的电极接片伸出开口187、电解液注入开口188和阶梯部189。开口187和188以及阶梯部189的尺寸和位置采用不降低绝缘壳强度的方式确定。由于本发明绝缘壳的材料强度增加，所以形成在主体181上的开口187和188以及阶梯部189的尺寸和形状可以在更大范围内选择。
参见图4，绝缘壳279包括主体281、分别位于主体281两侧端的侧端支撑体283和284，以及至少一个位于主体281的各个侧面上的侧面支撑体285和286。侧面支撑体285和286在位于主体281侧面上预定位置处向上突出一预定距离，且以更稳定的方式从侧面支撑主体281。
本发明图3a-4所示的绝缘壳179、279是用抗拉强度为至少500kg/cm2的树脂或树脂复合材料制成的。因此，这些壳很少因物理外力变形，而是这些壳均匀地分布施加于电极组件的应力。
尽管聚丙烯绝缘壳强度较弱并且需要侧面支撑体或相当的部件，但是这些实施例用具有极好强度的材料制造的绝缘壳可以包括侧面支撑体或相当的部件，也可以不包括。此外，甚至当壳的厚度更小时，也不需要关心强度的降低。由于绝缘壳是用具有极好强度的材料制成的，故其形状和尺寸的选择可以在更大范围内进行。
如上所述，本发明使用由具有极好强度的材料制造的绝缘壳，使得即使在受到物理外力的情况下，也能够均匀地分布施加于电极组件的应力，从而防止电池短路，并提高安全性。
尽管为了说明目的描述了本发明的实施例，然而本领域技术人员将会意识到，在不脱离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的情况下，各种修改、增加和替换都是可能的。
Claims (13)
1、一种锂二次电池，包括：
具有与介于其间的隔板一起卷绕的第一和第二电极的电极组件；和
位于该电极组件上的绝缘壳；
其中该绝缘壳是由抗拉强度至少为500kg/cm2的树脂或树脂复合材料制成。
2、如权利要求1所述的锂二次电池，其中该树脂或树脂复合材料的抗压强度至少为900kg/cm2。
3、如权利要求1所述的锂二次电池，其中该树脂或树脂复合材料不与电解液反应。
4、如权利要求1所述的锂二次电池，其中该绝缘壳是由选自包括酚醛树脂、玻璃纤维增强树脂和碳纤维增强树脂的组中的材料制成。
5、如权利要求1所述的锂二次电池，其中该绝缘壳包括主体和位于该主体两侧端的侧端支撑体。
6、如权利要求5所述的锂二次电池，其中所述两个侧端支撑体向上突出。
7、如权利要求5所述的锂二次电池，其中该绝缘壳进一步包括至少一个位于该主体侧面上的侧面支撑体。
8、如权利要求7所述的锂二次电池，其中所述至少一个侧面支撑体向上突出。
9、如权利要求5所述的锂二次电池，其中该绝缘壳的主体具有在其上形成的电极接片伸出开口或电解液注入开口，或这两者都有。
10、一种用于锂二次电池的绝缘壳，该锂二次电池具有用于盖住可安装在电池外壳中的电极组件的盖组件，该绝缘壳包括由抗拉强度至少为500kg/cm2的树脂或树脂复合材料所制成的主体。
11、如权利要求10所述的绝缘壳，其中该树脂或树脂复合材料的抗压强度至少为900kg/cm2。
12、如权利要求10所述的绝缘壳，其中该树脂或树脂复合材料不与电解液反应。
13、如权利要求10所述的绝缘壳，其中该树脂或树脂复合材料是选自包括酚醛树脂、玻璃纤维增强树脂和碳纤维增强树脂的组中的材料。
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