CN1763992A

CN1763992A - 锂充电电池

Info

Publication number: CN1763992A
Application number: CNA2005101094026A
Authority: CN
Inventors: 郑湘锡; 金世润
Original assignee: Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2004-10-18
Filing date: 2005-10-18
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-18
Also published as: JP2006120634A; US20120070704A1; US8313852B2; KR100614389B1; KR20060034125A; CN100409464C; JP4413845B2; US8084155B2; US20060115726A1

Abstract

本发明提供了一种锂充电电池，其包括位于电极组件的顶部的绝缘壳，其中，绝缘壳具有至少一个孔，以通过排放电极组件产生的气体来提高电池的稳定性。

Description

锂充电电池

技术领域

本发明涉及一种适于更容易地排放电池内部产生的气体并且提高了电池稳定性的锂充电电池。

背景技术

由于便携式电子设备趋于更加轻盈和更加紧凑，采用小尺寸高容量电池作为电源已经成为日益增长的需求。因为锂充电电池具有每单位重量的高能量密度和3.6V的工作电压，所以它们越来越多的应用在工业中，其中，3.6V的工作电压是镍氢电池或者镍镉电池工作电压的三倍。

锂充电电池通过锂离子在正极和负极嵌入/和脱嵌过程中发生的氧化和还原反应来产生电能。使用能够使锂离子经历可逆的嵌入和脱嵌的材料作为锂充电电池的正极和负极的活性材料。有机电解液或者聚合物电解质用来填充正极和负极之间的空间。

含锂的金属氧化物可用作锂充电电池的正极活性材料。含锂的金属氧化物的例子包括钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)和锰酸锂(LiMnO₂)。

锂或者锂合金通常用作负极活性材料。锂的缺点是由于枝状晶体生长导致电池趋于短路和爆炸。为了解决这个问题，锂已经被包括无定形碳和结晶碳的碳基材料所代替。锂充电电池以包括圆柱形、正方形和袋形的各种形状制造。

图1是示出传统锂充电电池的分解透视图。

参照图1，通过将包括第一电极13、第二电极15和隔膜14的电极组件12以及电解液放入罐10中并且用盖组件70密封罐10的开口来形成锂充电电池。

盖组件70包括盖板71、绝缘板72、接线板73和电极接线端74。盖组件70被结合到罐10的开口和密封罐10的分离的绝缘壳79。

盖板71由金属板制成，它的尺寸和形状与罐10的开口的形状相对应。盖板71具有形成在其中心的预定尺寸的接线端通孔，电极接线端74插入到该通孔中。管形垫圈75结合到电极接线端74的外表面，以使电极接线端74与盖板71绝缘。盖板71具有形成在一侧的预定尺寸的电解液注入孔76。盖组件70连接到罐10的顶部开口。电解液通过电解液注入孔76注入，随后，用塞子77密封电解液注入孔76。

电极接线端74通过作为第二电极接线端或者第一电极接线端的接线板73电连接到第二电极15的第二电极接头17或者第一电极13的第一电极接头16。绝缘带18围绕通过其第一电极接头16和第二电极接头17被拉出的电极组件12的部分缠绕，以避免电极13和电极15之间的短路。第一电极13或者第二电极15可作为正极或者负极。

如果由于电极组件的内部或外部短路或者过充电或过放电导致电压骤然上升，则传统锂充电电池有破裂的危险。当电池过充电时，在正极处发生锂的过度脱嵌，在负极处发生锂的过度嵌入。这样导致正极和负极的热稳定性差并且产生强烈的热反应，该热反应包括电解液的有机溶剂的分解、负极活性材料和电解液之间的反应以及负极的固相电解质界面(SEI)膜热分解反应。另外，发生热逸出现象，从而严重的降低电池的稳定性。

锂充电电池配有安全装置，例如，正温度系数(PTC)热敏电阻或者安全出口，以防止电池由于异常导致的着火或者爆炸。安全出口形成在盖板或者罐上，该安全出口适用于在预定压力下打开以将电池内的气体排放到外部。

尽管配有这种安全装置，如果气体不能适当地从电极组件中排出，则该安全装置仍然存在未能及时避免破裂的危险。

发明内容

本发明提供了一种锂充电电池，该锂充电电池包括设有用于适当排放由电极组件产生的气体的孔的绝缘壳，从而提高了电池的稳定性。

在下面的描述中，将提到本发明的其它特征，部分将从描述中清楚，或者可从本发明的实践中获知。

本发明公开了一种锂充电电池，包括：电极组件，具有第一电极、第二电极，所述第一电极和第二电极与插入它们之间的隔膜一起缠绕；绝缘壳，位于电极组件的顶部上；罐，容纳电极组件和绝缘壳，其中，绝缘壳具有电解液注入孔、电极接头拉伸孔中的至少一个和至少一个其它孔。

应该理解，前面的概括描述和下面的详细描述都是示例性和解释性的，并且意图提供如权利要求的本发明的进一步的解释。

附图说明

所包含的附图提供了本发明的进一步理解并且被包含于此构成本说明书的一部分，与描述部分一起示出了本发明的实施例，来解释本发明的原理。

图1示出了传统锂充电电池的分解透视图；

图2a示出了根据本发明实施例的绝缘壳的透视图；

图2b示出了图2a中示出的绝缘壳的俯视图；

图3a示出了根据本发明另一个实施例的绝缘壳的透视图；

图3b示出了图3a中示出的绝缘壳的俯视图；

图4a示出了根据本发明又一个实施例的绝缘壳的透视图；

图4b示出了图4a中示出的绝缘壳的俯视图；

图5a示出了根据本发明又一个实施例的绝缘壳的透视图；

图5b示出了图5a中示出的绝缘壳的俯视图；

图6示出了根据本发明实施例的锂充电电池的剖视图。

具体实施方式

根据本发明的示例性实施例，锂充电电池包括具有孔的绝缘壳，使用该孔更加容易地排出由于过充电或者短路产生的气体。气体的排出提高了电池的稳定性。

下面，参照附图来更加充分地描述本发明，其中示出了本发明的实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式被实施，而不应该限于这里提到的实施例来构建。然而，提供这些实施例以使本公开完全，并且将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了层和区域的尺寸和相对尺寸。

应该理解，当元件例如层、膜、区域或者基板被表示为在另一个元件之上时，它可直接在另一元件之上或者也可存在中间元件。相反，当元件被表示为直接在另一个元件之上时，则不能存在中间元件。

参照图2a和图2b，根据本发明示例性实施例的锂充电电池的绝缘壳179包括主体181、形成在主体181上的至少一个孔190a、短支撑物183和184以及长支撑物185和186。形成主体181，以使它能插入锂充电电池的罐中。

主体181具有形成在其短侧上的圆孔190a。孔190a作为排放通道，以将电池短路或者过充电时产生的气体移动到安全出口，从而气体可更加容易地逸出。当电池的内部压力增加时，通过容易地启动安全出口，孔190a防止了电极组件膨胀，并且提高了电池的稳定性。

孔190a可具有包括圆形、椭圆形、半圆形、正方形、三角形、菱形及其任意组合的任何形状，但是不限于此。孔190a可形成在主体181的包括长侧、短侧或者中间部分的任何位置上。当孔190a位于主体181的一侧时，尤其位于短侧时，最好保持主体181的结构整体性。孔190a也可形成为切掉主体181的边缘的槽。

孔190a可靠近安全出口设置，例如在安全出口下方或者直接在安全出口之下。当孔190a直接位于安全出口的下面时，孔190a最容易启动罐或者盖板上的安全出口。

选择孔190a的尺寸和形状，以避免降低主体181的结构整体性。否则，当电池遇到物理碰撞，例如，在下落测试过程中，主体181可变形并导致电池短路。

主体181具有形成在其短侧上的短侧支撑物183和184。短侧支撑物183和184向上延伸至预定高度。短侧支撑物183和184支撑主体181，并且提高主体和罐的内壁的粘合度，以防止当绝缘壳179放入罐中时，绝缘壳179漂移。

主体181可具有形成在其长侧上的至少一个长侧支撑物185和186。长侧支撑物185和186向上延伸至预定高度。长侧支撑物185和186的高度可与短侧支撑物183和184的高度相等。长侧支撑物185和186放置在主体181的长侧上的预定位置。长侧支撑物185和186加强了主体181的长侧的强度，并且防止当电池遇到物理碰撞时主体181变形，其中，长侧的强度比短侧的强度弱。

例如，短侧支撑物183、184和长侧支撑物185、186可在注入成型过程中与主体181一体地形成。

主体181具有形成在一侧上的电极接头拉伸孔187和形成在另一侧上的电解液注入孔188，其中，通过电极接头拉伸孔187可拉出电极接头，电解液可通过电解液注入孔188流入电极组件12。可选地，可省略电解液注入孔188。主体181具有形成在其长侧中的一个上的具有预定宽度的槽189，通过该槽可拉出另一个电极接头。

参照图3a和图3b，根据本发明示例性实施例的锂充电电池的绝缘壳179具有以菱形形状形成在主体181的长侧上的排气孔190b。

参照图4a和图4b，根据本发明示例性实施例的锂充电电池的绝缘壳179具有以半圆形形状形成在主体181的中间部分上的排气孔190c。

参照图5a和图5b，根据本发明示例性实施例的锂充电电池的绝缘壳179具有分别以圆形和椭圆形形状形成在主体181的两个短侧上的排气孔190d和190e。

如图2a、图3a、图4a和图5a中所示，形成在绝缘壳上的排气孔可具有各种形状和位置。孔的尺寸、形状、数量和位置的附加结合是可能的。

图6是示出根据本发明示例性实施例的锂充电电池的剖视图。

参照图6，锂充电电池包括：罐210；电极组件212，容纳在罐210中；盖组件220，结合到罐210的顶部。

罐210为近似正方形并且具有开口的顶部，并且由金属材料制成，该金属材料可为铝、铝合金或者不锈钢，但是不限于此。罐210本身可作为接线端。

电极组件212包括第一电极213、第二电极215和隔膜214。第一电极213和第二电极215可与位于它们之间并以凝胶卷形状缠绕的隔膜214一起彼此以薄片层叠。第一电极213和第二电极215具有分别附于在它们上面的第一电极接头216和第二电极接头217。第一电极接头216和第二电极217向上延伸。

第一电极213和第二电极215具有相反的极性，可作为正极或者负极。第一电极213和第二电极215的每个包括集电器和应用到集电器的至少一个表面的正极活性材料或者负极活性材料。

正极集电器可由不锈钢、镍、铝、钛或者其合金制成，或者可由用碳、镍、钛或银表面处理过的铝或者不锈钢制成。示例性实施例使用铝或者铝合金。负极集电器可由不锈钢、镍、铜、钛或者其合金制成，或者可由用碳、镍、钛或者银表面处理过的铜或者不锈钢制成。示例性实施例使用铜或者铜合金。

正极活性材料可为含锂的过度金属氧化物或者锂的硫族化合物。含锂的过度金属氧化物的例子包括LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄或者LiNi_1-x-yCo_xM_yO₂，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y≤1，M是金属，例如Al、Sr、Mg或者La。负极活性材料可为结晶碳或者无定形碳、碳复合材料例如热分解碳、焦碳或者石墨、焦化的有机聚合化合物、碳纤维、锡氧化物、锂金属或者锂合金。

隔膜214防止第一电极213和第二电极215之间的短路，并对锂离子提供运动通道。隔膜214可为由高分子聚烯烃，例如，聚丙烯或者聚乙烯制成的膜。所述膜可为多层膜、多微孔膜、机织布或者非机织布。

结合到罐210的顶部的盖组件220包括盖板240、绝缘板250、接线板260和电极接线端230。盖板240由金属板制成，并且在尺寸上对应于罐210的开口。盖板240具有形成在其中心处的预定尺寸的接线端通孔241、形成在一侧的电解液注入孔242、形成在另一侧上的安全出口244。安全出口244可位于任何位置，只要它不影响接线端通孔241和电解液注入孔242。例如，安全出口244可形成在罐210上，而不是盖板240上。在本实施例中，安全出口244通过减小盖板240的横截面厚度来一体地形成。电解液注入孔242由塞子243密封。

电极接线端230插入接线端通孔241中，管状垫片246使电极接线端230与盖板240绝缘。绝缘板250位于盖板240的下表面上。接线板260位于绝缘板250的下表面上。电极接线端230的底部电连接到接线板260，绝缘板250插入电极接线端230和接线板260之间。

第一电极接头216或者第二电极接头217可焊接到盖板240的下表面上，另一个接头可焊接到接线板260。在本实施例中，例如，第一电极接头216焊接到盖板240的下表面，第二电极接头焊接到接线板260。

电极组件212具有位于其顶部的绝缘壳270，以使电极组件212和盖组件220电绝缘，并且固定电极组件212和第一电极216、第二电极217的位置。绝缘壳270具有电极接头拉伸孔273，也具有形成在盖板240上的安全出口244下面的排气孔272。电极组件212产生的气体通过绝缘壳270上的排气孔272被容易地排出。这样提高了电池的稳定性并且防止电极组件212膨胀。

绝缘壳270可由绝缘高分子树脂，例如，聚丙烯(PP)、聚苯硫(PPS)、聚醚砜(PES)或者改性的聚苯醚(PPO)制成。PPS具有优良的耐热性、空间稳定性、耐化学性、低吸收性和不易燃性。PPS的电性质随着温度变化改变很小。PES是具有高达200℃耐热性的无定形芳香塑料树脂，它也具有优良的空间稳定性、防水性、透明度、高玻璃转化温度(T_g：223℃)、低膨胀率(CTE：2.3×10^-5/℃)和优良的机械强度。改性的PPO是具有优良机械性质和耐热性的不易燃树脂。PPO的物理性质在低温下有微小的下降并且在成型过程中收缩很小。

本领域的技术人员应该清楚，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对本发明作各种修改和变型。因此，本发明意图覆盖落入权利要求及其等同物的范围内的本发明的修改和变型。

本申要求2004年10月18日在韩国知识产权局提交的题目为“锂充电电池”、第10-2004-0083268号的优先权和权益，其由于所有的目的通过参考被包含于此，就像在此被完整地提出一样。

Claims

1、一种锂充电电池，包括：

电极组件，包括第一电极和第二电极，所述第一电极和所述第二电极与插入它们之间的隔膜一起缠绕；

绝缘壳，位于所述电极组件的顶部上，

罐，容纳所述电极组件和所述绝缘壳。

其中，所述绝缘壳具有电解液注入孔和电极接头拉伸孔中的至少一个，

其中，所述绝缘壳具有至少一个其它孔。

2、如权利要求1所述的锂充电电池，

其中，所述其它孔是排气孔。

3、如权利要求1所述的锂充电电池，

其中，所述其它孔具有从由圆形、椭圆形、半圆形、正方形、三角形和菱形组成的组中选择的形状。

4如权利要求1所述的锂充电电池，

其中，所述其它孔形成在所述绝缘壳的长侧上。

5、如权利要求1所述的锂充电电池，

其中，所述其它孔形成在所述绝缘壳的中心部分上。

6、如权利要求1所述的锂充电电池，

其中，所述其它孔形成在所述绝缘壳的短侧上。

7、如权利要求1所述的锂充电电池，

其中，所述其它孔接触所述绝缘壳的边缘。

8、如权利要求1所述的锂充电电池，

其中，盖板被结合到所述罐的所述顶部；

安全出口形成在所述盖板或者所述罐上；

所述其它孔靠近所述安全出口形成。

9、如权利要求8所述的锂充电电池，

其中，所述其它孔位于所述安全出口的下方。

10、如权利要求9所述的锂充电电池，

其中，所述其它孔直接位于所述安全出口的下面。

11、如权利要求1所述的锂充电电池，

其中，所述绝缘壳由高分子树脂制成。

12、如权利要求11所述的锂充电电池，

其中，所述高分子树脂是聚丙烯、聚苯硫、聚醚砜和改性的聚醚砜之一。

13、如权利要求1所述的锂充电电池，

其中，所述绝缘壳具有形成在其侧面上的至少一个支撑物。

14、如权利要求13所述的锂充电电池，

其中，所述至少一个支撑物向上延伸。

15、如权利要求13所述的锂充电电池，

其中，所述至少一个支撑物与所述绝缘壳一体。

16、如权利要求13所述的锂充电电池，

其中，所述绝缘壳具有形成在其四个侧面的每个上的一个支撑物。

17、如权利要求13所述的锂充电电池，

其中，所述绝缘壳具有多个其它孔。