CN1838462A - 电池及电池外壳 - Google Patents

Abstract

一种电池，包括具有电极板、给出容放该电极组件空间的罐和覆盖该空间的盖板的电极组件，其中该盖板构造成在该罐的预定侧面朝向该空间变形时远离该空间变形。

Description

电池及电池外壳

技术领域

本发明涉及电池。特别是，本发明涉及构造成以安全的方式适应施与外部压力的电池和电池外壳，其中当该电池受到横向压力时，盖部分可以弯向预定方向，以提高针对潜在短路的安全度。

背景技术

各种便携式装置，如摄像机、便携式电话、膝上电脑、个人数字处理机及其他轻质多功能装置，普遍使用电池，包括二次电池作为电源。各种二次电池包括(例如)镍镉电池、镍氢电池、镍锌电池、锂二次电池等。特别是锂二次电池，由于可充电、容量大且尺寸紧凑，得到广泛应用。锂二次电池还显示出高工作电压和高单位重量的能量密度特性，使得其在最新的电子装置中愈加备受青睐。

图1图解了传统电池的分解透视图。参照图1，传统电池可以包括带有正电极板113、负电极板115和分隔件114的电极组件112。该电池还可以包括外壳，以封闭该电极组件112，该外壳包括容纳该电极组件112和电解液的罐110；和密封该罐110的上端开口110a的盖组件120。

该电极组件112可以具有缠绕在该正电极板113和该负电极板115之间的分隔件114。正电极抽头116可以连接到该正电极板112上，并从该电极组件112的上端突出。负电极抽头117可以连接到该负电极115上，并从该电极组件112的上端突出。该正电极抽头116和负电极出头117可以以预定距离彼此分隔并电绝缘。该正电极抽头116和该负电极抽头117可以由如镍的金属制造。

该罐110可以由(例如)铝或其合金制造，并且可以通过(例如)深冲压的方法形成。该罐110可以具有基本上平的底面。

该盖组件112可以包括盖板140、绝缘板150、接线板160和电极端子130。该盖组件120可以与单独的绝缘盒170相结合，然后可以连接到该罐110的上端的开口上，以便紧紧地密封该罐110。

该盖板140可以由(例如)金属板制造，并且具有对应于该罐110上端开口110a的尺寸和形状。该盖板140在其中部可以具有形成为通透的孔141。该孔141可以具有用于容放该电极端子130的预定尺寸。

在其合适的位置上，如偏向一侧，该盖板140还可以具有形成其中的电解液注入孔142。该电解液注入孔142具有预定的尺寸，并且可以通过密封构件143密封。该电解液注入孔142用于在该盖组件连接到该罐110上端开口110a之后通过该盖组件120注入电解液。电解液注入后，可以密封该注入孔142。

该绝缘板150可以由绝缘材料制成，并且可以附到该盖板140的下表面上。该绝缘板150可以具有形成为通透的孔151，对应于孔141，以便电极端子130可以通过该孔151。该绝缘板150还具有形成在其下表面中的容放凹槽152，用来容放接线板160。

该接线板160可以由如镍合金的金属制造，并且可以附到绝缘板150的下表面上。该接线板160可以具有形成为穿透的孔161，对应于孔141，以便电极端子130通过该孔141、161。该电极端子130可以(例如)沿孔161的周围接触区域进行接触接线板160。从而，该电极端子130可以穿过孔141、151和161，并且可以与接线板160电连接，而通过垫圈146和绝缘板150与盖板140电绝缘。

连接到负电极板115上的该负电极抽头117，可以焊接在接线板160的一侧。连接到正电极板113上的正电极抽头116，可以焊接在盖板140的相对于负电极抽头117的一侧。作为选择，负电极抽头117可以焊接到盖板140上，而正电极抽头116可以焊接到接线板160上。适合的焊接方法可以包括，如电阻焊、激光焊等。其中，电阻焊特别适合。

该电极端子130可以具有安装其上的垫圈146。该垫圈146可以由任意合适的绝缘材料制造，如绝缘板150所采用的材料。该垫圈146可以是任意合适的形状，如管状，环状，带有透孔的平板状等。该电极端子130可以与该垫圈146一起插入到孔141中，以使该电极端子130与盖板140绝缘。

该电极端子130可以连接到负电极抽头117上，同时连接到负电极板115上，或者可以连接到正电极抽头116上，同时连接到正电极板113上，以便作为负电极或者正电极的接线端子。

图1中图解的电池可以是传统的锂二次电池。最新便携式装置的电池设计可以利用锂二次电池的高能量密度的特点以提供小形成因素电池(smallform factor battery)，如具有拉长的矩形的薄电池。然而，这种设计具有强度较差的电池外壳，即该电池无法承受冲击和施与外压力。特别是，如果该电池受到冲击或压力，其电池外壳内的电极组件可能随其罐的变形而变形。这可进一步导致内部事故，如在电极板之间的内部短路。这样的缺点可能造成严重后果，包括电池起火和爆炸。

图2图解了受压缩的传统电池的广义的透视图。特别是，图2图解了传统电池外壳受到横向施与的力Fa压缩，即在垂直于纵轴b的方向上对该罐110相对的两侧面施力时的情况。参照图1和2，当该电池受到横向施与力而变形时，如在压缩安全测试中所做的，该罐110的基本上平坦的底面可以向内和向上变形。类似地，该盖组件120的基本上平坦的上表面可以将向内和向下变形。

该罐110底部的变形或凹入可以施与压力到包含在电池外壳中的电极组件112。特别是，这迫使该电极组件112向上，并且靠向盖组件120。这可以导致该电极组件112与该盖组件120的各种元件相接触，很可能造成电极板间的内部电短路及并发的电池起火或爆炸。

发明内容

因此，本发明针对于电池及电池外壳，其基本上克服了由于相关技术的限制和缺点所导致的一个或多个问题。

因此，本发明实施例的特征是提供了构造成以安全的方式承受施与外压力的电池和电池外壳，其中当该电池受到横向施与的压力时，盖部分可以弯向预定方向。

因此，本发明实施例的另一特征是提供了在盖部分的下表面中形成具有凹入特征的电池和电池外壳，以便当电池受到横向施与的压力时，引起盖变弯而远离该电池的内部。

本发明的至少一个上述的和其它的特征和优点可以通过提供下述电池予以实现，其包括具有电极板的电极组件、给出容放该电极组件空间的罐和覆盖该空间的盖板，其中该盖板构造成当该罐的预定侧面朝着该空间变形时而远离该空间变形。

该盖板在中心部分可以具有形成向上的凸出，该凸出包括台阶部分。该台阶部分可以具有相对该盖板的主表面倾斜一定角度的侧面。该台阶部分可以具有与该盖板主表面垂直的侧面。该台阶部分可以具有曲线侧面。该台阶部分的高度可以至少为该盖板厚度的50％。该凸出部分的长度可以约为该盖板长度的20％到70％。该盖板可以包括从该空间延伸出来的两个台阶部分，该台阶部分定义了该盖板的中心区域，该盖板在中心区域可以给出穿透的孔，并且该电极组件还可以包括设置成通过该孔并且电连接到电极板上的电极端子。

该盖板可以具有界定在朝向该空间的表面中的凹槽，而该盖板的末端区域与该盖板的中心区域共面。该凹槽可以在该表面中形成环，该环围绕该中心区域。该环围成基本上矩形区域。至少两个凹槽可以界定在该表面中，该凹面侧向延伸通过该盖板的宽度。

本发明的至少一个上述的和其它的特征和优点也可以通过提供用于容放电池的电极组件的电池外壳予以实现，包括主体，该主体给出容放该电池电极组件的空间，和界定该空间上壁的盖板，其中该盖板的内表面面向该空间并且包括至少一个凹入特征。该主体和该盖板可以单件形成。该凹入特征由至少一个台阶部分界定，该台阶部分远离该空间延伸出来。

该凹入特征可以由远离该空间延伸出来并通过该盖板宽度的两个台阶部分界定，该两个台阶部分界定两个末端区域和中心区域，并且该中心区域可以偏离该两个末端区域，以致该中心区域的内表面不与该两个末端区域的内表面共面。

该凹入特征可以是形成在该盖板的内表面中的凹槽。该凹槽可以连续地形成在环中。

本发明的至少一个上述的和其它的特征和优点还可以通过提供用于容放电极组件的电池外壳予以实现，包括具有用于容放该电极组件的开口的罐，和用于覆盖该开口的覆盖单元，如果该罐的预定侧面向内变形而不会短路该电极组件。

该覆盖单元可以构造成如果该罐的预定面向内变形则远离该电极组件向外变形。

附图说明

通过参照附图详细描述其中的实施例，对于本领域的普通技术人员来说，本发明的上述的和其它的特征和优点将变得更加显明，其中：

图1图解了传统电池的分解透视图。

图2图解了受压的传统电池外壳的广义性透视图；

图3图解了根据本发明的电池和电池外壳的分解透视图；

图4A图解了根据本发明第一实施例的电池和电池外壳的盖板的平面图；

图4B图解了沿着图4A中A-A线剖取的该盖板的截面图；

图5A图解了根据本发明第二实施例的电池和电池外壳的盖板的平面图；

图5B图解了沿着图5A中B-B线剖取的该盖板的截面图；

图6A图解了根据本发明第三实施例的电池和电池外壳的盖板的平面图；

图6B图解了沿着图6A中C-C线剖取的该盖板的截面图。

图7A图解了根据本发明第四实施例的电池和电池外壳的平面图；

图7B图解了沿着图7A中D-D线剖取的该盖板的截面图。

图8A图解了根据本发明第四实施例的电池和电池外壳的平面图；

图8B图解了沿着图7A中E-E线剖取的该盖板的截面图；和

图9图解了根据本发明的受压的电池外壳的广义性透视图。

具体实施方式

在下文将结合附图更全面地描述本发明，其中示出了本发明的示范性实施例。然而，本发明可以以不同的形式予以实施，并不应该解释成局限于在此阐明的实施例。恰恰相反，提供这些实施例以便该揭示透彻和完整，并且对本领域的普通技术人员全面交流本发明的范围。在附图中，为了图解的清楚起见，夸大了层和区域的尺寸。相同的参考标号通篇代表相同的元件。

根据本发明的电池和电池外壳可以包括构造成防止内部电短路的盖板。该盖板在中心区域可以具有形成向上的台阶部分和其下侧面上的对应凹槽，以致施与到电池上的横向压力引起的该盖板的变形产生在向上的方向，因此防止了包含在电池外壳中的电极组件的上部压向该盖板，进而避免了电极板之间的内部电短路。

图3图解了根据本发明的电池和电池外壳的分解透视图。参照图3，根据本发明的该电池可以包括具有正电极板313、负电极板115和分隔件314的电极组件312。该电池外壳可以包括容纳该电极组件和电解液的罐310，并且可以包括用于紧紧地密封该罐310的上端开口310a的盖组件320。

该电极组件312可以具有缠绕在该正电极板313和该负电极板315之间的分隔件314。正电极抽头316可以连接到该正电极板313上，并且可以从该电极组件312的上部突出出来。负电极抽头317可以连接到该负电极板315上，并且可以从该电极组件312的上部突出出来。该正电极抽头316和负电极抽头317可以彼此分隔并且电绝缘。该正电极抽头316和该负电极抽头317可以由如镍金属的金属形成。

该盖组件320可以包括盖板340、绝缘板350、接线板360和电极端子330。该盖组件320可以与单独的绝缘盒370结合，然后可以连接到上端开口310a上，以便紧密地密封该罐310。该盖板340可以具有在此提供的用于注入电解液的孔342。该盖板340可以由金属形成，其厚度可以约为0.8mm。下面将更详细地描述该盖板340。

该绝缘板350可以由绝缘材料形成，并且可以附到该盖板340的下表面上。该绝缘板350可以具有对应于孔341形成穿透的孔351。该电极端子330可以延伸通过孔341、351。该绝缘板350也可以具有形成在其下表面中的凹槽352，以便容放该接线板360。

该接线板360可以由如镍合金的金属制造，并且可以附到该绝缘板350的下表面上。该绝缘板360可以具有对应于孔341形成通透的孔361，以便电极端子330可以通过孔341、361。该电极端子330可以与接线板360接触，例如在孔361的周边沿着接触区域接触。因此，该电极端子330可以通过孔341、351、361，并且可以与接线板360电连接，而通过垫圈346和绝缘板350与盖板340电绝缘。

连接到负电极板315上的该负电极抽头317，可以焊接到接线板360的一侧上。连接到正电极板313上的该正电极板316，可以焊接到与该负电极抽头317相对的该盖板340的一侧上。作为选择，负电极抽头317可以焊接到盖板340上，而正电极抽头316可以焊接到接线板360上。适合的焊接方法可以包括(例如)电阻焊、激光焊等。

该电极端子330可以具有安装其上的垫圈346。该垫圈346可以由任何合适的绝缘材料制造，如绝缘板350采用的材料。该垫圈346可以是任何合适的形式，如管、环、带透孔的平板等。该电极端子330可以与垫圈346一起插入孔341中，以致该电极端子330与盖板340绝缘。

该电极端子330可以连接负电极抽头317，同时连接到负电极板315上，或者，也可将其连接到正电极抽头316上，同时连接到正电极板313上，以便用作负电极或正电极端子。

现将参照图4A-8B非常详尽地描述该电池和电池外壳、特别是该盖板340的实施例。在图5A-8B中，图4A-图4B中的盖组件320可以具有由盖板540、640、740和840代替的盖板340。

图4A图解了根据本发明第一实施例的电池和电池外壳的平面图，而图4B图解了沿着图4A的A-A线剖取的盖板340的截面图。参照图3、4A和4B，根据本发明第一实施例的该电池和电池外壳可以包括盖板340。该盖板340可以是(例如)金属板，并且具有对应于图3中图解的罐310的上端开口310a的形状和尺寸，以便安装在其中。

该盖板340在其中心部分可以具有形成通透的孔341，该孔341具有预定的尺寸，以便容纳该电极端子330的插入。当该电极端子330插入在孔341之中时，垫圈346可以与该电极端子330一起围绕该电极端子330的周边安装并插入在该孔341之中，以使该电极端子330与该盖板340绝缘。该盖板340也可以具有形成在其一侧用于注入电解液的孔342。

参照图4A和4B，该盖板340可以具有形成在其中的台阶部分410，当包括该盖板340的该盖组件320组装到该罐310上时，该台阶部分410构造成远离该电池外壳主体延伸。即，该台阶部分410可以远离该电池外壳主体向上伸出，并且相应地在该盖板340的下面形成凹面。

参照图3和4B，该台阶部分410可以相对于该电池纵轴b倾斜一定角度。这使得该锂二次电池在受到横向施与力Fa时，允许该盖板340易于向外弯曲以远离该电池主体。

该台阶部分410的高度h大于该盖板340的厚度t约50％。换言之，该盖板340的中心区域445的上表面可以从该盖板340的周边区域的上表面偏离高度h，即从该电池的主体偏离高度h。该高度h可以根据该盖板340最终组装到该盖组件320的其余元件上的情况而定。根据该盖板340制作材料的厚度t和该盖组件320、罐310等的相对尺寸，在某些实施中该台阶部分410的高度h可以约为0.1mm到0.5mm。

如果该台阶部分的高度h过小，如小于0.1mm，当罐310受到横向力Fa时，该盖组件320可以有很小或没有作用，并且该盖组件320也不会远离电池主体变形。如果该台阶部分410的高度h过大，如大于0.5mm，该盖组件可以有效地对横向力Fa做出反应，变弯以远离电池主体，但是该盖组件320的全高度会过大，以致该电池不满足特殊应用的尺寸要求。然而，在没有对该尺寸提出要求的地方，该台阶部分410的高度h无须限制。

图5A图解了根据本发明第二实施例的电池和电池外壳的盖板平面图，而图5B图解了沿着图5A中的B-B剖取的盖板的截面图。参照图5A和5B，根据本发明该实施例的盖板540可以包括向上突出的台阶部分510，其中该侧表面垂直形成。与上面关于盖板340的描述情况相同，该台阶部分510构造成相对横向力Fa做出反应，引起该盖板540向外弯曲，以便减小内部电短路的几率。然而，该台阶部分510的垂直形成的侧表面引起该盖板540向外弯曲的程度小于盖板340。

图6A图解了根据本发明第三实施例的电池和电池外壳的盖板的平面图，而图6B图解了沿着图6A中的C-C剖取的该盖板的截面图。参照图6A和6B，根据本发明该实施例的该盖板640可以包括向上突出的台阶部分610，其中弯曲了该侧表面。与上面关于盖板340的描述情况相类似，该台阶部分610构造成相对横向力Fa做出反应，引起该盖板640向外弯曲。然而，通过以光滑曲线的形式形成该台阶部分610，能够在制作该盖板640时和当横向外力施与到该电池上时，减小在该盖板640的材料中的应力。

图7A图解了根据本发明第四实施例的电池和电池外壳的盖板的平面图，而图7B图解了沿着图7A中的D-D剖取的该盖板的截面图。参照图7A和7B，根据本发明该实施例的该盖板740包括向上突出的台阶部分710，其中该盖板740的中心区域745由该台阶部分710界定。该台阶部分可以以任何形式向上突出，包括(例如)成一定角度、垂直于该盖板740的主平面或圆形，如上面结合图4A-6B所描述的一样。

该中心区域745可以构成该盖板740的预定部分。特别是，由两个台阶部分710所界定的该中心区域745的长度l₁，约为该盖板740的全长的20％到70％。

如果该中心区域的长度l₁大于该盖板740全长的70％，该中心区域745会过长。特别是，该盖板740的中心区域745外的末端区域会过短，以致无法焊接该末端区域。此外，如果该中心区域745过长，会对该盖板740响应横向力而向外变形的能力Fa造成不良影响。具体地讲，该盖板740向外变形的幅度不足以提供为电极组件312的安全所要求的程度，即当该电池外壳发生变形时该电极组件312可能短路。

如果该中心区域的长度l₁小于该盖板740全长的20％，该中心区域745会过短。特别是，在盖组件320组装在一起时，会无法牢固地安装接线板360到绝缘板350上。

该台阶部分710还界定了该盖板740的末端区域746。如在台阶部分710和该盖板740的末端之间所界定的，每个端区域746的长度l₂约为1mm-10mm。在一个实施例中，该盖板740的厚度为0.8mm，而端区域746的长度l₂约大于1mm，以便提供固定的部位焊接该盖板740到罐310的上端开口上。该端区域746的长度l₂约小于或等于10mm，以便在中心区域745为安在该盖板740下的绝缘板350和接线板360留有足够的空间。

图8A图解了根据本发明第五实施例的电池和电池外壳的盖板的平面图，图8B图解了沿着图8A中的E-E剖取的该盖板的截面图。参照图8A和8B，根据本发明该实施例的该盖板840包括特征810，其中该特征810为形成在该盖板840的下侧的内凹的凹槽。与上面关于盖板340的描述情况相类似，该特征810构造成引起该盖板840对于横向力Fa做出反应，向外弯曲。

在该盖板840中，该盖板840的上表面可以基本上为平面，而其相对表面，即内表面，当该盖板840安装在罐310中时具有形成其中的特征810。该特征810可以是(例如)凹槽。尽管在上面结合图4A-图7A所描述的实施例中，盖板的中心区域从该盖板的末端区域偏移或垂直偏移，但是在第五种实施例中，该盖板840的中心区域可以是基本上与该盖板840的末端区域共面。

该特征810可以形成为连续的、基本上矩形的特征，即基本上矩形的环，其如图8A所示界定了在该特征810中的中心区域。该特征810可以围绕着电极端子830。在另一个实施中，可以形成为不连续的特征810，例如可以形成为一对通过该盖板840的宽度的线形的特征(未示出)，即，以致横向到图8中E-E线。还可以有其它的实施方案，包括(例如)等边矩形(正方形)、椭圆形等界定的连续的特征。

该特征810可以由任何适合的加工方法形成，包括(例如)蚀刻或冲压加工。在实施中，该特征810由冲压加工形成。如上所述，该盖板840的上表面可以基本上为平面。然而，在冲压形成该特征810的位置上，冲压加工可以产生对应于凹槽的凸出810’，在该盖板840的基本上平的表面上延伸。即，在如图8A和8B所图解的实施中，冲压加工可以同时形成在该盖板840下侧上的特征810和在该盖板840的上侧上的相对应的凸出810’。因此，该凸出810’可以是相对较窄的凸出特征。除该凸出810’外，该盖板810的上表面可以是平的。

在下文，将描述根据本发明的该电池和电池外壳的作用。图9图解了根据发明的受压电池外壳的广义透视图。参照图9，当该电池通过施与横向力Fa而变形以向内即在垂直于纵轴b的方向压缩侧面时，该罐110的基本上平的底表面可以向内或向上变形。然而，该盖组件可以向上和向外弯曲。结果，没有力施与到容放在该电池外壳中的电极组件的上部，以致在该电极组件中不发生内部电短路。

换言之，如果台阶部分或凹入特征形成为如上结合附图4A-8A所述，那么在安全压力测试中可以最小化施与到电极组件上的压力，其中所述的力施与到电池的侧面上，因此提高了电池的安全性。

在此已经揭示了根据本发明的示范性实施例，而且虽然引用了特殊术语，但是他们用于和解释成仅为一般性的和解释性的意思，而不是限定的目的。例如，当电池外壳描述为具有独立提供的盖板并且安装到电池外壳上时，应该理解为，根据本发明的该盖板可以采用(例如)深冲压工艺与电池外壳单件形成，而该外壳的另一部分，如独立形成的底板，可以单独提供，以便允许电极组件的安装。此外还应理解的是，当本发明上述提到菱形或矩形电池时，也可以适用于圆柱形电池，如圆柱形锂二次电池。

因此，本领域的普通技术人员应该理解的是，本发明可以进行各种形式和细节上的变化，而不脱离如权利要求所阐明的本发明的精神和范围。

Claims (20)

1、一种电池，包括：

电极组件，其包括电极板；

罐，其限定容放该电极组件的空间；和

覆盖该空间的盖板，其中该盖板构造成当该罐的预定侧面朝向该空间变形时远离该空间变形。

2、如权利要求1所述的电池，其中该盖板的中心部分形成向上的凸出，该凸出包括台阶部分。

3、如权利要求2所述的电池，其中该台阶部分具有相对于该盖板的主表面倾斜一定角度的侧表面。

4、如权利要求2所述的电池，其中该台阶部分具有垂直于该盖板的主表面的侧面。

5、如权利要求2所述的电池，其中该台阶部分具有曲线形侧表面。

6、如权利要求2所述的电池，其中该台阶部分的高度至少为该盖板的厚度的50％。

7如权利要求2所述的电池，其中该凸出的长度约为该盖板长度的20％到70％。

8、如权利要求1所述的电池，其中：

该盖板包括两个远离该空间延伸的台阶部分，该台阶部分界定了该盖板的中心区域，

孔界定在该中心区域通过该盖板，并且

该电极组件还包括设置成通过该孔并且电连接到电极板上的电极端子。

9、如权利要求1所述的电池，其中该盖板具有界定在面向该空间的表面中的凹槽，并且

该盖板的末端区域与该盖板的中心区域共面。

10、如权利要求9所述的电池，其中该凹槽在该表面中形成环，该环围绕该中心区域。

11、如权利要求10所述的电池，其中该环围成基本上矩形区域。

12、如权利要求9所述的电池，其中至少两个凹槽界定在该表面中，该凹槽侧向通过该盖板的宽度。

13、一种容纳电极组件的电池外壳，包括：

主体，该主体限定容纳该电极组件的空间，和

界定该空间的上壁的盖板，其中该盖板的内表面面对该空间，并且包括至少一个凹入特征。

14、如权利要求13所述的电池外壳，其中该主体和该盖板单件形成。

15、如权利要求13所述的电池外壳，其中该凹入特征由至少一个台阶部分界定，该台阶部分远离该空间延伸。

16、如权利要求15所述的电池外壳，其中该凹面特征由远离该空间延伸并且侧向通过该盖板的宽度的两个台阶部分界定，该两个台阶部分界定了两个末端区域和中心区域，并且

该中心区域偏离该两个末端区域，以致该中心区域的内表面与该两个末端区域的内表面不是共面。

17、如权利要求13所述的电池外壳，其中该凹入特征是形成在该盖板的该内表面中的凹槽。

18、如权利要求17所述的电池外壳，其中该凹槽连续地形成在环中。

19、一种用于容放电极组件的电池外壳，包括：

罐，其具有用于容放该电极组件的开口；和

用于覆盖该开口的覆盖构件，如果该罐的预定侧面向内变形，则其不会短路该电极组件。

20、如权利要求19所述的电池外壳，其中该覆盖构件构造成如果该罐的该预定侧面向内变形则该覆盖构件远离该电极组件向外变形。

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