CN1764004A - 锂离子二次电池 - Google Patents

Abstract

一种锂离子二次电池包括：电极组件，具有第一电极、第二电极以及置于每个第一电极和每个第二电极之间的分隔物；罐，容纳电极组件；盖组件，具有盖板以及与盖板绝缘的具有第一极性的第一电极端子，盖组件遮盖罐的顶口；电池附件，安装在盖组件上。至少一个突起被设置在盖板的上表面上，突起以互补的方式与电池附件的对应的构件结合。这样可以容易地将电池附件与裸电池咬合以容易地使用互补地咬合来执行后来的工艺。

Description

锂离子二次电池

本申请要求于2004年10月18日提交到韩国知识产权局的第2004-0083269号韩国专利申请的优先权，该申请的内容公开与此，以资参考。

                         技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池，更具体地讲，涉及一种具有结合到裸电池的盖板上的单独的电池附件的锂离子二次电池。

                         背景技术

典型的二次电池与不能充电的传统的一次电池相比可无数次地充电/放电。现在，镍氢电池、锂电电池和锂离子电池通常被用作二次电池。

基于电池中使用的电解质，二次电池可分为液态电解质电池和聚合物电解质电池。在现有技术中，使用液态电解质的电池称为锂离子电池，使用聚合物电解质的电池称为锂聚合物电池。此外，锂离子电池被制造为各种形状，例如，圆柱形形状、矩形形状和袋盒状。

锂二次电池的易燃性通过使用代替金属的碳基电极已经被降低。然而，因为无水电解质的易燃性和锂的高能量密度，所以安全性在锂二次电池的制造过程中还是很重要。

此外，在锂二次电池中，当过放电发生时，电池部件例如负电极充电集极被损坏，从而电池变得不可再充电。因此，通过将具有用于充电/放电操作的基本电池结构的裸电池和用于防止过充电、过放电、过热或过载电流的保护电路或保护单元结合来制造典型的锂二次电池。保护电路或者保护单元可以以在裸电池侧表面、上表面或者下表面的印刷线路板或者附件的形式物理地和电地连接到裸电池。

当使用圆柱形罐装电池时，裸电池的盖组件自然地具有防止过热或者过载电流的功能。然而，当使用矩形罐装电池时，盖板不具有这样安全的功能。因此，在矩形罐中，裸电池和单独的安全装置必须一起使用。在最近几年中，在矩形的罐中安全装置或者单元例如保护电路板常常被安装在盖板的上表面上。

另一方面，当使用在其中多个裸电池被彼此结合的封装的电池时，为了在封装内使裸电池彼此连接或者将保护电路连接到它们，可以在盖板上设置额外的附件例如盖帽。在这种情况下，盖帽本身不提供安全的功能，而仅是电连接各部件的附件，该附件可以根据裸电池的内部连接以各种形状形成。盖帽的外围区域通常由树脂材料制成，以提供接触裸电池的支撑或者安装。在盖帽的中心，可以提供连接到裸电池的电极端子和保护电路的金属端子，以及用于连接金属端子的导电的内部连接。此外，金属端子可形成在没有单独的内部连接的宽的区域中。

保护电路可以不直接地设置在盖组件的上部。保护电路而是可以与电池附件一起设置在盖组件上，该电池附件例如衬垫，用于防止连接到在盖组件上部的电极端子的引线在其它部分接触盖板。

然而，在形成矩形罐的上部的盖组件中，与盖板电分离的电极端子从盖板的上表面延伸。因此，很难安全地将电池附件组件与盖组件结合，例如，用力地将电池附件组件安装在盖组件上或者暂时放置组件然后将其焊接。此外，由于在盖组件附近没有引导电池附件的正确位置的装置，所以不容易将附件放置到它们的正确位置。如果附件没有被放置到它们的正确位置，则在附件和裸电池之间的电连接也可能是不牢固的。在这种情况下，如果附件暂时地附到盖板上然后通过例如粘着或者焊接固定，则它们之间的电连接也可能不牢固并且危险。

通常的，因为例如，当在电池包中使用盖帽时，尽管盖帽应该固定到裸电池的盖板的上部，但是已经很难固定该盖帽，所以在制造电池包时存在困难。

此外，当衬垫被安装在盖板上时，没有用于稳定衬垫的部分，由外部冲击衬垫很容易从盖组件的上部移走。

                         发明内容

研究本发明以减少上述问题，并且本发明的目的在于提供一种具有用于在盖板的上部安全地安装电池附件的锂离子二次电池。

根据本发明的一方面，提供的锂离子二次电池包括：电极组件，具有第一电极、第二电极以及置于第一电极和第二电极之间的分隔物；罐，容纳电极组件；盖组件，具有盖板以及与盖板绝缘的具有第一极性的第一电极端子，盖组件遮盖罐的顶口；电池附件，安装在盖组件上，其中，至少一个台阶结构被设置在盖板的上表面上，台阶结构以互补的方式与电池附件的对应的台阶构件结合。

例如，如果空心形成在盖板的上表面上，则突起形成在电池附件的下表面上。类似地，如果突起形成在盖板的上表面的中心，则可与盖板的突起咬合的对应的突起构件形成在电池附件的下表面上，盖板的台阶结构和电池附件对应的台阶构件提供了互补的咬合，从而即使施加了外部水平的冲击也可以防止电池附件容易地与盖板分离。

例如，当空心形成在盖板的上表面上并且可与空心紧密地咬合的突起形成在电池附件对应的下表面上时，即使当施加外部水平或者垂直的冲击时也可以防止电池附件容易地与盖板分离。

应该注意电池附件可为绝缘衬垫、盖帽或者保护电路模块。

根据本发明，在盖板上的台阶结构可为空心或者突起，它的位置和大小可根据对应的电池附件进行各种改变。台阶结构的高度可为盖板厚度的10％至50％。例如，如果盖板厚度为0.8mm，则突起的高度可为0.1至0.4mm。如果高度太小，则盖板的突起与电池附件的咬合不严密。相反地，如果高度太大，则将很难在盖板上形成突起。此外，当咬合是空心时，随着空心的深度变得较深，对应的盖板厚度变得较窄。这样，盖板可容易地损伤或者使空心附近损坏。

当形成盖板时，可使用造型工艺、冲压工艺或者铸造或者拉模铸造工艺来形成台阶结构。在冲压工艺中，可仅在上表面形成小突起。在冲压工艺中，突起形成在盖板的上表面上，对应的空心形成在盖板的下表面上，从而突起的横截面可与空心一致。

另一方面，在铸造工艺中，具有肋形状的突起可形成在盖板的上表面上，盖板的下表面可为平的。可与电池附件对应的构件咬合的台阶结构通过粘合方法或者焊接方法来形成。

此外，根据本发明，当突起是大的以及没有室的突起的角一致时，电池附件将很少与盖板分离。

根据本发明的另一方面，提供的锂离子二次电池包括：电极组件，具有第一电极、第二电极以及置于第一电极和第二电极之间的分隔物；罐，容纳电极组件；盖组件，具有盖板和设置在盖板的透孔上并且与盖板绝缘的电极端子，其中，至少一个台阶结构设置在盖板的上表面上。

                         附图说明

通过参照附图对本发明示例性实施例进行的详细描述，本发明的上述和其它特点和优点将会变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明的锂离子二次电池部分的剖视图；

图2是示出其中在具有多个裸电池的电池包中裸电池彼此连接的状态的俯视图；

图3A是示出根据本发明第一实施例的盖板的俯视图；

图3B是示出根据本发明第一实施例的盖板的剖视图；

图4是示出根据本发明第一实施例的裸电池组与保护电路组件结合的分解透视图；

图5A是示出根据本发明第二实施例的盖板的俯视图；

图5B是示出根据本发明第二实施例的盖板的剖视图；

图6是示出根据本发明第三实施例的盖板的俯视图；

图7是示出根据本发明第四实施例的盖板的俯视图；

图8是示出根据本发明第五实施例的盖板的俯视图。

                       具体实施方式

以下，参照附图将详细描述本发明的示例性实施例，其中，相同的标号表示相同的部件。

图1是示出根据本发明的锂离子二次电池的部分的剖视图。

参照图1，锂离子二次电池10包括：罐11；存储在罐11中的电极组件12；连接到罐11的顶口的盖组件100，包括盖板110；保护电路模块220。此外，设置有用于将电极端子电连接到保护电路模块220的引线200。在盖组件100的盖板110中，形成有突起330。此外，衬垫300放置在盖板110上。

在电极组件12中，有第一电极14、第二电极16以及置于二者之间的分隔物15。第一电极14通过第一电极支管18电连接到盖板110，第二电极16通过第二电极支管17电连接到形成在盖板110中的第二电极端子120。第二电极端子120通过垫圈130和绝缘薄膜140与盖板绝缘。因此，罐11与第二电极端子120电绝缘以起到第一电极端子的作用。

罐11可由金属、铝或者铝合金形成。罐11也可起用于容纳具有第一电极14、第二电极16和分隔物15的电极组件12的容器的作用。在电极组件12穿过罐11的顶口被插入罐11中后，顶口由盖组件100密封。

盖组件100设置有盖板110，该盖板是平坦的并且具有与罐11的顶口大小和形状对应的大小和形状。在盖板110的中心，设置有允许电极端子穿过的透孔111。在穿过盖板110的中心的第二电极端子120的外侧，设置有具有管状的垫圈130以允许第二电极端子120与盖板110电绝缘。在盖板110的下表面，绝缘板140围绕着透孔111放置。在绝缘板140的下表面，设置有电连接到第二电极端子120的端子板150。

此外，在盖板110中，设置有安全阀190以排出过量的内部气压，电解质注入孔112形成在一侧以提供用于将电解质注入罐11中的通道。电解质注入孔112用电解质入口塞160密封。

此外，在盖板110中，形成有用于安全地固定衬垫300的突起330。突起330与衬垫300的台阶构件咬合以防止衬垫移走，并且通过以预定的间隔保持衬垫300和电解质入口塞160之间的距离来提高了电池的安全性。而且，在盖板110中，管状的垫圈130从盖板110的上表面突出以将第二电极端子120与盖板110绝缘。

第二电极端子连接到引线200，引线200焊接到保护电路模块220，从而第二电极端子电连接到保护电路模块220。保护电路板220控制在电极组件11中的过充电电压和电流、过放电电压和电流或者短路，保护电路板220安装在锂离子二次电池中的罐11的预定区域上。

为了将盖板110与引线200绝缘，衬垫300由绝缘材料形成，衬垫300包括板310和附在板310下表面上的支撑件320。支撑件320可以以预定的间隔形成，并且弹性材料例如海绵可以被用作支撑件320。优选地，可形成支撑件320以相对于在盖板110上的突起330具有互补结构。支撑件320与突起330以互补的方式结合，从而邻近衬垫板310的突起330即使当施加外部压力时也可起支撑衬垫300的作用，并防止衬垫300从绝缘位置移走。

图2是示出其中在具有多个裸电池的电池包中裸电池彼此连接的状态的剖面俯视图。注意仅有盖板和盖帽的横截面被显示。

参照图2，盖帽440的对应金属端子442的一侧与从裸电池410的盖板平面突出的电极端子412接触。支撑件441可以通过例如围绕盖帽440的金属端子442的例部塑性铸造来形成。盖帽440的支撑件441以互补的方式与盖板上凹进的空心结合。如果盖帽440的塑性铸造支撑件441形成突起，则盖板设置有用于接纳突起的空心415。如果盖帽440以互补的方式与裸电池组件410结合，则盖帽的金属端子442的一侧可焊接到盖板的电极端子同时它们的位置被稳定地维持。

盖帽440的金属端子442的另一侧可通过接触或者焊接工艺与其它邻近的裸电池的下表面或者与串连连接的裸电池410的盖板的一部分结合。在这种情况下，连接到裸电池410的电极端子的盖帽440的金属端子442的一侧和连接到一个邻近裸电池410的下表面的盖帽440的金属端子442的另一侧结合为单一体并且彼此直接连接。

根据电池包400的结构通过使用例如焊接工艺，这些盖帽440的金属端子442的一侧可以连接到电池包400的保护电路模块430，所述这些盖帽440被放置在容纳在电池包400中的裸电池410的两个端部位置。在电池包400中，裸电池410和保护电路模块430安装在外壳420中，外部端子通过外壳420中设置的透孔被拔出到电池包400的外面。

由于盖帽和盖板之间互补地结构允许如上所述容易地咬合，所以可以容易并且迅速地执行盖帽440和裸电池410结合的工艺。此外，可以使后续的工艺例如焊接工艺容易并且迅速地执行。还有，即使在电池封装之后，也允许通过使用在电池包400中的盖帽440使裸电池410的内部连接更加稳定。

虽然在图中未显示，但是金属端子可以设置在代替在盖帽440和裸电池410之间执行焊接工艺的电池包400的裸电池的安装位置中。在这种情况下，如果金属端子本身或者围绕金属端子的塑性铸造部分具有相对于裸电池410的盖板的互补结构，则当裸电池410被安装到电池包400中时使裸电池410容易地插入正确位置。此外，即使当裸电池410被安装到电池包400中后来施加外部冲击时，裸电池410的互补结构也不能使裸电池410从电池包400中的正确位置移走，从而确保了安全地咬合状态。

图3A是示出根据本发明第一实施例的盖板的俯视图；图3B是示出根据本发明第一实施例的盖板的剖面图；图4是示出根据本发明第一实施例的裸电池组与保护电路组件结合的分解透视图。

参照图3A，根据本发明的盖板110包括突起330，该突起330具有围绕着盖板110的外侧延伸的U形。参照图3B，突起330可通过冲压工艺形成。

参照图4，设置保护电路模块530作为电池组的附件。保护电路模块530包括在它的下表面与盖板520的U形突起515对应的U形肋537，同时尺寸小于U形突起515。U形肋537与U形突起515咬合作为互补结构。在这种情况下，根据本发明这样的互补结构在安装在盖板520上的电池组附件和电解质注入孔517或者安全阀511之间提供了间隔，允许电池组附件例如保护电路模块530将安全地安装在盖板520上。保护电路模块530可以为保护电路板被嵌入其中的塑性铸造产品。在保护电路模块530中，由U形肋537形成的正电极端子可设置在保护电路模块530的平面体531的下表面上，塑料边缘535可以沿着它的边缘设置。

与从裸电池510的盖板520上突出的负电极端子513连接的保护电路模块530的负电极端子539的安装位置可以基于U形突起515、U形肋537和边缘535的高度来确定。作为例子，板型负电极端子539可以形成在保护电路模块530的平面体531的下表面的中心上，同时负电极端子的高度通过U形肋537、盖板520的U形突起515和边缘535被设计以等于裸电池510的负电极端子513到盖板520的高度。U形突起515和裸电池510的负电极端子513与保护电路模块530的接触部分，例如突起的一部分可以涂银或者镀银。否则，可以将导电的粘合剂例如银涂层施加在它们上面以减少接触阻抗。然后，裸电池510的盖板520通过将强粘合剂施加到保护电路模块530的边缘535与保护电路模块530粘合。通过在保护电路模块530和裸电池510之间上述的粘合工艺，可以制造具有简单结构的电池包。当然，外部(未显示)可以通过管材成形工艺被应用到合成组件，保护电路模块530和裸电池510在其中彼此粘合。

图5A是示出根据本发明第二实施例的盖板的俯视图；图5B是示出根据本发明第二实施例的盖板的剖面图。

参照图5A和图3A，从盖板110的外表面突出的U形突起330通过使用粘合方法而不是冲压或者挤压方法设置在盖板的上表面上。结果，通过施加粘合剂更容易地形成突起330，以在盖板110的上表面固定突起构件。

图6是示出根据本发明第三实施例的盖板的俯视图。

参照图6，具有短U形的突起330a设置在盖板110的矩形平面的两短侧。突起330a从盖板110的矩形平面突出，以允许电池附件在它们匹配的位置安全地附到盖组件100。

图7是示出根据本发明第四实施例的盖板的俯视图。

参照图7，具有直线形的突起330b设置在盖板110的矩形平面的两个长侧。由于根据本发明第四实施例的突起330b设置在长侧，所以电池附件可以在它们匹配的位置更安全地附到盖板110上。

图8是示出根据本发明第五实施例的盖板的俯视图。

参照图8，四个分开的突起330c设置在盖板110的矩形平面的四角上。

在上述实施例中，应该注意在盖板110上的突起330，330a至330c可以通过冲压方法或者粘合方法形成，在粘合方法中具有预定形状的构件使用粘合剂被粘合。突起330，330a至330c在电池组附件和盖板110上形成的电解质注入孔160之间形成间隔。因此，可以防止涉及当超压被施加到电解质注入孔160时电解质泄漏的问题。

根据本发明，在盖板110和安装在裸电池的盖板110上的电池组附件之间设置有互补的结构。结果，可以容易地将电池组附件和裸电池咬合以容易地通过互补的咬合来执行后续的工艺。

此外，可以确保电池组附件和裸电池之间安全地咬合。结果，可以防止由外部冲击导致的短路或者差的电的相互连接。

虽然已经参照本发明的示例性实施例具体地显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其做出各种细节和形式上的修改。因此本发明的范围由所附权利要求所限定，在其范围内的所有差异将被解释为包括在本发明中。

Claims (21)

1、一种锂离子二次电池包括：

电极组件，具有第一电极、第二电极以及置于第一电极和第二电极之间的分隔物；

罐，容纳电极组件；

盖组件，具有盖板以及与盖板绝缘的具有第一极性的第一电极端子，所述盖组件遮盖罐的顶口；

电池附件，安装在盖组件上，

其中，至少一个台阶结构被设置在盖板的上表面上，所述至少一个台阶结构以互补的方式与电池附件的对应的台阶构件结合。

2、如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构以一致的形状通过冲压工艺形成，从而互补的台阶结构也设置在盖板的下表面上。

3、如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构通过铸造方法和拉模铸造方法中的一个形成，并且所述盖板的下表面在形成所述至少一个台阶结构的位置是平坦的。

4、如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构通过使用粘合剂在所述盖板的上表面上粘合具有预定形状的突起构件而形成。

5、如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构以与第一电极端子相同的高度从所述盖板的上表面突出。

6、如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构用作具有第二极性的电极端子并且电连接到所述电池附件对应的台阶构件。

7、如权利要求6所述的锂离子二次电池，还包括用于减小盖板的所述至少一个台阶结构和所述电池附件的对应的台阶构件之间接触阻抗的中间层。

8、如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构具有U形，并且形成在所述盖板的外围区域。

9、如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，台阶结构包括具有U形的形成在所述盖板的矩形平面的各短侧上的两个台阶结构。

10、如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构包括两个具有直线形状的形成在所述盖板的矩形平面的各长侧上的台阶结构。

11、如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构具有L形状并且形成在所述盖板的矩形平面的四个角的至少一个上。

12、如权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，所述电池附件包括绝缘衬垫、盖帽以及保护电路模块中的一个。

13、一种锂离子二次电池包括：

电极组件，具有第一电极、第二电极以及置于第一电极和第二电极之间的分隔物；

罐，容纳电极组件；

盖组件，具有盖板和设置在盖板的透孔上并且与盖板绝缘的电极端子；

其中，至少一个台阶结构设置在盖板的上表面上。

14、如权利要求13所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构以一致的形状通过冲压工艺形成，从而互补的台阶结构也设置在所述盖板的下表面上。

15、如权利要求13所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构通过铸造方法和拉模铸造方法中的一个形成，并且所述盖板的下表面在形成所述至少一个台阶结构的位置是平坦的。

16、如权利要求13所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构通过使用粘合剂在所述盖板的上表面上粘合具有预定形状的突起构件而形成。

17、如权利要求13所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构以与第一电极端子相同的高度从所述盖板的上表面突出。

18、如权利要求13所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构具有U形，并且形成在所述盖板的外围区域。

19、如权利要求13所述的锂离子二次电池，其中，台阶结构包括具有U形的形成在所述盖板的矩形平面的相对短侧的两个台阶结构。

20、如权利要求13所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构包括具有直线形状的形成在所述盖板的矩形平面的相对长侧的两个台阶结构。

21、如权利要求13所述的锂离子二次电池，其中，所述至少一个台阶结构具有L形状并且形成在所述盖板的矩形平面的四个角的至少一个上。

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