CN1753236A - 锂可再充电电池 - Google Patents
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Abstract
锂可再充电电池包括:电极组件,该电极组件具有第一电极和第二电极,且第一电极和第二电极与置于它们之间的隔板一起卷绕;用于容纳电极组件的罐;以及置于罐内部底端与电极组件之间的耐热元件。
Description
技术领域
本发明涉及一种锂可再充电电池,特别涉及一种具有电极组件和下带的锂可再充电电池,当将保护电路装置的连接引线焊接至罐底面时,下带不会损坏或破裂。本发明的电池避免了在例如坠落的物理碰撞的情况下或充电/放电过程中出现短路,并提高了安全性。
背景技术
一般来讲,相对于不可再充电电池而言,可再充电电池是可以被充电和放电的电池。可再充电电池广泛应用于包括蜂窝电话、膝上型计算机以及便携式摄像机等的尖端电子装置中。特别地,锂可再充电电池具有至少3.6V的操作电压,该操作电压比经常用作便携式电子装置电源的镍镉电池或镍氢电池的操作电压大三倍。锂可再充电电池还具有高能量密度,因此在业界很快盛行。
图1为常规罐型锂可再充电电池的分解透视图,图2为电极组件的透视图。
参见图1,锂可再充电电池是通过将包括第一电极13、第二电极15和隔板14的电极组件12与电解质一并放入罐10中,并用盖组件70密封罐10的顶部而形成。
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和罐10的顶部开口相连并将其密封。绝缘壳79安装在电极组件12的上部,以防止该电极组件12接触盖组件70和罐10。
盖板71为金属板,其大小和形状与罐10的顶部开口的大小和形状相对应。盖板71具有在其中心形成的供电极端子74插入的端子通孔。当电极端子74插入该端子通孔时,管状垫圈75和电极端子74的外表面相连,以使电极端子74和盖板71间绝缘。盖板71具有在其一侧形成的、具有预定尺寸的电解质注入孔76。当盖组件70被安装在罐10的顶部开口上之后,电解质就通过该电解质注入孔76注入,随后该电解质注入孔76被塞子77密封。
电极端子74和第二电极15的第二电极接线片17或第一电极13的第一电极接线片16相连,分别用作第二电极端子或第一电极端子。绝缘带18缠绕在第一电极接线片16和第二电极接线片17分别从电极组件12引出的部分上,以避免电极13和15间短路。第一电极或第二电极可以用作正电极或负电极。
参见图2,电极组件12的下部由下带20所缠绕,以保持该电极组件的形状,从而防止电极组件在被放入罐中时被损坏,而且便于插入。
二次保护装置或保护电路模块在被通过连接引线连接至上述罐型锂可再充电电池的过程中,被放入电池盒中,其中一个引线被连接至罐底部。
然而,当保护装置的连接引线通过超声波或电阻焊接和罐底部相连时,电极组件的下带20有可能被损坏或破裂。如果在下带被损坏或破裂时电池受到物理碰撞(如坠落),电池就可能在充电/放电过程中震荡或者甚至短路。
发明内容
本发明提供一种包括电极组件和下带的锂可再充电电池,当将保护电路装置的连接引线连接至罐底面时,下带不会被损坏或破裂。这样避免在物理碰撞或充电/放电过程中电池短路,并因此提高安全性。
本发明的另外特征将在接下来的说明中提出,其一部分将从说明中变得明白,或可以通过实践本发明而得知。
本发明公开了一种锂可再充电电池,包括:电极组件,该电极组件具有第一电极和第二电极,且第一电极和第二电极与置于它们之间的隔板一起卷绕;用于容纳电极组件的罐;以及置于罐内部底端与电极组件之间的耐热元件。
可以理解前述总的说明和后述详细说明是示例性和说明性的,用于对要求保护的发明提供进一步的解释。
附图说明
用来提供对发明的进一步理解并包含在申请文件中作为申请文件一部分的附图示出了本发明的实施例,并和说明书一起用于解释本发明的原理。
图1为常规可再充电电池的分解透视图。
图2为常规电极组件的透视图。
图3、图4A和图4B为根据本发明一个示例性实施例的配备有耐热元件的锂可再充电电池罐的透视图。
图5为根据本发明一个示例性实施例的配备有耐热元件的电极组件的透视图。
图6为根据本发明一个示例性实施例的用耐热涂料涂覆锂可再充电电池罐下部的工序的截面图。
具体实施方式
下面参考附图更完整地说明本发明,其中示出了本发明的实施例。然而,本发明可以通过不同的形式实现,因此并不局限于这里所提出的实施例。相反,提供这些实施例是为了使公开充分,并且便于本领域技术人员更全面地理解发明的范围。在图中,层和区域的绝对大小以及相对大小可能出于清楚的目的而放大。
图3、图4A和图4B为根据本发明一个示例性实施例的配备有耐热元件的锂可再充电电池罐的透视图。
如图3所示,罐10具有置于其内部的下端的耐热元件30。耐热元件30可具有与罐10内部下端对应的尺寸和形状。
参见图4A和图4B,根据本发明的耐热元件32和33分别可仅置于罐10内部下端的一部分上。例如,它可被置于罐内部下端对应于罐底部的焊接有保护装置的连接引线的那部分上。
耐热元件30具有约10μm至约100μm的厚度,且优选为约20μm至约50μm。如果耐热元件的厚度小于10μm,其耐热性就不足以防止电极组件的下带被损坏。如果耐热元件的厚度大于100μm,罐底部的附加高度可能反过来影响电极组件的容纳空间。
置于罐10内部下端的耐热元件30防止当保护装置的连接引线被连接至罐的底面时,电极组件的下带被损坏或破裂,从而在受到碰撞时保护电极组件。耐热元件30可以例如是耐热膜或耐热涂层。总地来说,耐热涂层的厚度相对于膜的厚度来说更容易调整,并且具有涂层的罐相对于具有膜的罐来说对形状的变化更敏感。
考虑耐热性时,耐热膜可以包括具有连续使用温度为大约150℃至大约300℃(通过UL746B测量)的材料。该耐热膜可包括,但不局限于,聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)或聚醚砜(PES)。
PI膜首先通过在聚酰胺酸(PAA)中进行溶液流延,加热并挥发掉溶剂。然后在高温(约400℃)下进行加热,以通过亚胺化形成该膜。该PI膜具有优良的耐热耐寒性和良好的电特性,因而在本领域被广泛使用。
PEI树脂是一种具有高玻璃态转化温度(Tg:219℃)的不定形热塑树脂。它具有优良的耐热性、良好的体积稳定性和低温度依赖性。该PEI树脂在熔化时能轻松处理,且具有与PI和PET/PEN树脂相似的特征。因此,它被用在不能使用PET膜而又不要求PI所能提供的那么高的耐热性的领域。
PEN膜具有严格的分子链结构,这是聚酯薄膜的一个重要特性。所以,它较PET膜具有更好的伸长率和更高的抗张强度、冲击强度和断裂应力以及更小的厚度。PEN膜具有266℃的熔点,特别具有123℃的玻璃态转化温度,这比PET膜的玻璃态转化温度高约50℃。因此,它具有非常优越的热体积稳定性且对应于“F级耐热膜”标准,这是美国UL746B标准下的一个长时间热老化温度指数。它还具有优良的电绝缘性以及抗药物抗水解性。
PEEK膜具有优良的热稳定性,以至能被持续使用至260℃,并具有良好的抗化学制剂性和电特性。特别地,它能被非常高效地与常规粘合剂,如环氧树脂或氰基芳基化物一起使用,或与具有组合物结构的迭片结构一起使用。
PPS膜是一种具有优良耐热性、体积稳定性、抗辐射、抗化学药品和不易燃的透明膜。它还具有低吸收度,并且随温度变化呈现很小的电性能变化。
PES膜具有良好的透明度、高玻璃态转化温度(Tg:223℃)、低膨胀度(CTE:2.3×10-5/℃)、以及优良的机械强度。
如上所述,当具有优良耐热性、电绝缘性和耐化学药品性的PI、PEI、PEN、PEEK、PPS和PES膜被用于锂可再充电电池中时,不与电解质反应,并且保护电极组件的下带免于受热和物理碰撞。
下表1中给出了PET和PI膜以及PEI膜(SUPERIO)的基本物理特性的对比:
物理特性 | 项目 | 单位 | SUPERIO-UT | PET膜 | PI膜 | 测试方法 | |
E型 | F型 | ||||||
热特性 | 玻璃态转化温度 | ℃ | 216 | 226 | 69 | DSC | |
连续使用温度机械的电的 | ℃℃ | -- | 180160 | 105105 | 220220 | UL-746B | |
线形膨胀系数 | cm/cm℃ | 4.9×10-5 | 5.2×10-5 | 2.0×10-5 | 2.0×10-5 | ASTM D-696 | |
热收缩比率 | % | 0.2 | 0.2 | 200℃×30min | |||
机械特性 | 抗张强度 | kgf/mm2 | 12 | 12.5 | 22 | 24 | JIS C-2318 |
断裂拉长比率 | % | 120 | 100 | 120 | 70 | JIS C-2318 | |
抗张弹性 | kgf/mm2 | 320 | 290 | 500 | 400 | ASTM D-638 | |
电特性 | 绝缘失效电压 | kV | 10.0 | 10.5 | 9.0 | 10.8 | JIS C-2318 |
体积电阻率 | Ω-cm | 1017 | 1017 | 1017 | 1018 | JIS C-2318 | |
介电常数(1kHz) | 3.5 | 3.0 | 3.4 | 3.5 | JIS C-2318 | ||
其它特性 | 密度 | g/m3 | 1.27 | 1.27 | 1.40 | 1.42 | ASTM D-1505 |
吸收率 | % | 0.4 | 0.6 | 0.3 | 2.9 | ASTM D-570 | |
易燃性(25μ) | VTM-0 | VTM-0 | - | V-0 | UL-94 | ||
碱性 | △ | △ | △ | ○ |
表1
耐热膜可以不用任何粘合剂而进行使用,或者它可以包括粘合剂层。粘合剂层可以包括能够抵抗当保护装置的连接引线被焊接至罐底部时所产生热量的耐热粘合剂,但不局限于此。例如,耐热粘合剂可以包括聚酰亚胺类粘合剂、硅类粘合剂、硅/聚酰亚胺类粘合剂和环氧树脂类粘合剂。
聚酰亚胺类粘合剂具有优良的特性,包括耐热性、机械特性以及电特性。
硅类粘合剂可以具有作为主要成分的聚二甲基硅氧烷橡胶,并具有包括在其上添加的二甲基硅氧烷的低分子量硅树脂。它能在大温度范围内使用,且具有优良的耐热性和耐用性。
硅/聚酰亚胺类粘合剂是一种热塑合成橡胶(由通用电器公司开发),它具有优良的机械强度、弹性、对各种金属的粘合性以及大范围热稳定性。
环氧树脂类粘合剂通过用芳胺或芳酸酐硬化多功能环氧树脂而具有改善的耐热性。它包括具有优良耐热性的成分,如导入分子中以实现更高的联接密度和改善的耐热性的芳环或酰亚胺环。因此,它能在甚至200℃下长时间使用。
图5为根据本发明一个示例性实施例的配备有耐热元件的电极组件的透视图。参见图5,电极组件112具有和其下部相连的耐热元件35。虽然未在图中示出,但耐热元件35可与下带一并置于电极组件112的下部。
当保护装置的连接引线和罐的底面相连接从而以更安全的方式保护电极组件时,和电极组件112下部相连的耐热元件35不易被损坏。电极组件112包括第一电极113、第二电极115和隔板114。第一电极113和第二电极115与置于它们之间的隔板114一并被叠压,并被卷绕成胶卷形。
第一电极113和第二电极115分别具有连接在其上的第一电极接线片116和第二电极接线片117。电极接线片可以通过诸如激光焊接、超声波焊接以及电阻焊接等焊接或者用导电的导电粘合剂连接到电极,并且从上方引出。绝缘带118卷绕在第一电极接线片116和第二电极接线片117分别从电极组件112引出的部分,以防止第一电极113和第二电极115间短路。
第一电极113和第二电极115具有相反极性,可分别用作正电极或负电极。第一电极113和第二电极115可以包括电极集流体和涂敷于所述电流集流体至少一个表面的电极活性物质(也就是正电极活性物质或负电极活性物质)。
当第一电极113或第二电极115被用作正电极,电极集流体可以包括不锈钢、镍、铝、钛或其等效物,或者可以包括用碳、镍、钛或银进行过表面处理的铝或不锈钢。其中,优选使用铝或铝合金。当第一电极113或第二电极115被用作负电极时,电极集流体可以包括不锈钢、镍、铜、钛或其等效物,或者可以包括用碳、镍、钛或银进行过表面处理的铜或不锈钢。其中,优选使用铜或铜合金。
正电极活性物质可以包括由含锂过渡金属氧化物或锂硫化合物。例如,可采用金属氧化物,如LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiMn2O4或LiNi1-x-yCoxMyO2(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1,M为金属,如Al、Sr、Mg、La等)。负电极活性物质可以包括例如晶体碳、不定形碳、碳化合物以及碳纤维的碳材料、锂金属或锂合金。
隔板114防止第一电极113和第二电极115间短路,并提供锂离子的移动通道。隔板114可义包括本领域广泛知晓的例如聚丙烯或聚乙烯的聚烯烃类高分子膜、聚烯烃类高分子膜的多膜、微孔膜、编织纤维或非编织纤维制成。
本发明的耐热元件还可以被涂覆。图6为根据本发明一个示例性实施例的用耐热涂料涂覆锂可再充电电池罐下部的工序的截面图。
如图6所示,耐热涂料可通过喷嘴40涂覆在罐10内部下端,从而形成具有预定厚度的耐热涂层。
涂覆方法可以包括气体喷涂、无气涂和静电喷涂,但不局限于此。
气体喷涂方法利用压缩气体,在表面喷涂的完成工序中能实现很好的雾化度。它能使用各种喷流方式,并能大范围调整涂料的黏度。涂层的感官质量取决于涂料量和气压以及流速的调节。气体喷射适用于几乎每一表面,而不论涂料和被涂物质,所需要的仅仅是空气压缩器、涂料供给装置、喷枪以及涂料室。如此简易的工序可减少成本并可增加涂敷速度。然而,气体喷涂可能伴有大量涂料流失,因为当涂料被雾化且压缩气体从被涂物质弹回时,会丧失相当多的涂料粒子。
无气喷涂方法不使用压缩空气。相反,涂料通过喷枪的管尖的小开口以增加的流体压力而泵出,以实现雾化。压力通常通过空气驱动的往复流体泵提供给喷枪。当受压的涂料进入喷枪前面的低压区域时,压力的突然降低使得涂料被雾化。
静电喷涂方法将强静电施加于喷涂表面物质上,从而使涂料粒子通过静电引力而粘附其上。这种方法能减少涂料损失。
耐热涂料可包括硅树脂、硅醇酸树脂、尿烷树脂或硅丙烯树脂。
可替代地,耐热涂层可由氟烃树脂涂层形成。氟烃树脂涂层具有优良的耐热性、抗化学药品性、不粘性以及低温稳定性。氟烃树脂可包括聚四氟乙烯(PTEE)、乙烯/四氟乙烯(ETFE)、全氟烷氧基(PFA)和氟化乙烯丙烯树脂(FEP),但不局限于此。氟烃树脂可以在290℃下持续使用。PTEE和PFA的连续使用温度为260℃,FEP和ETFE的连续使用温度分别为200℃和160℃。去活化硬质涂层可通过将液态或粉末状的氟烃树脂涂敷于任意一种金属表面,且在预定温度下热塑形成。
本领域技术人员公知,可以对本发明进行各种修改和变化,而不背离本发明精神或范围。因此,应当理解本发明涵盖了这些修改和变化,只要它们落入附加权利要求及其等同替换的范围内。
Claims (18)
1、一种可再充电电池,包括:
电极组件,具有第一电极和第二电极,所述第一电极和第二电极与置于它们之间的隔板一起被卷绕;
用于容纳所述电极组件的罐;和
置于所述罐内部底端与所述电极组件之间的耐热元件。
2、如权利要求1所述的可再充电电池,其中该耐热元件具有约10μm至约100μm的厚度。
3、如权利要求2所述的可再充电电池,其中该耐热元件具有约20μm至约50μm的厚度。
4、如权利要求1所述的可再充电电池,其中该耐热元件被置于所述罐的内部底端。
5、如权利要求4所述的可再充电电池,其中该耐热元件置于所述罐的内部底端的一部分。
6、如权利要求1所述的可再充电电池,其中该耐热元件置于所述电极组件的下部。
7、如权利要求1所述的可再充电电池,其中该耐热元件同时置于所述罐的内部底端和电极组件上。
8、如权利要求1所述的可再充电电池,其中该耐热元件为耐热膜。
9、如权利要求8所述的可再充电电池,其中该耐热膜具有约150℃至约300℃的连续使用温度。
10、如权利要求8所述的可再充电电池,其中该耐热膜包括从包含聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚醚酮、聚苯硫醚以及聚醚砜的组中选择的至少一种。
11、如权利要求8所述的可再充电电池,其中该耐热膜进一步包括粘合剂层。
12、如权利要求11所述的可再充电电池,其中该粘合剂为耐热粘合剂。
13、如权利要求12所述的可再充电电池,其中该粘合剂为从包含聚酰亚胺类粘合剂、硅类粘合剂、硅/聚酰亚胺类粘合剂和环氧树脂类粘合剂的组中选择的至少一种。
14、如权利要求1所述的可再充电电池,其中该耐热元件包括耐热涂层。
15、如权利要求14所述的可再充电电池,其中该耐热涂层通过喷射耐热涂料形成。
16、如权利要求15所述的可再充电电池,其中该耐热涂料为从包含硅树脂、改性有机硅树脂、聚氨基甲酸酯树脂以及硅丙烯树脂的组中选择的至少一种。
17、如权利要求14所述的可再充电电池,其中该耐热涂层包括氟烃树脂。
18、如权利要求17所述的可再充电电池,其中该氟烃树脂涂层为从包含聚四氟乙烯、乙烯/四氟乙烯、全氟烷氧基以及氟化乙烯丙烯树脂的组中选择的至少一种。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20081210 Termination date: 20210922 |