CN1992377B - 锂二次电池 - Google Patents

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Abstract

锂二次电池包括安全口和垫圈之间的支撑密封件，以便通过避免气体或电解液泄漏来提高锂二次电池的安全性。

Description

锂二次电池
相关申请的交叉引用
本申请要求2005年12月29日在韩国知识产权局递交的韩国申请No.2005-134530的权益，在此，将其公开内容合并作为参考。
技术领域
本发明的方案涉及锂二次电池。具体地，本发明的方案涉及一种锂二次电池，其在安全口和垫圈之间具有支撑密封件，以便通过减少或避免气体或电解液从锂二次电池泄漏来提高锂二次电池的安全性。
背景技术
锂二次电池根据外部形状可以分为圆柱形锂二次电池和矩形锂二次电池。圆柱形锂二次电池在盖组件中具有内置的限流结构，以便当电池的内部压力升高超过某一极限时以及当有爆炸的危险时，阻止电流产生反应。因此，该结构能提高锂二次电池的安全性。
如图7所示，圆柱形锂二次电池10由位于内部的电极组件(未示出)、容纳电极组件和电解液的圆柱形罐30和盖组件40组成，其中盖组件40装配在圆柱形罐30的上侧，并密封圆柱形罐30，以向外部装置转移电极组件所产生的电流。
相关技术的盖组件40被配置成具有依次插入圆柱形罐30中的下列元件。这些元件包括垫圈、安全口、电流绝缘部件、二次保护元件和盖顶。一旦每个元件按照上述顺序插入圆柱形罐30中，圆柱形罐30的边缘就卷曲，以将元件保持在适当的位置，并避免气体和电解液泄漏。然而，仅具有这种配置，由于没有形成完全的密封，所以当电池10的内部压力升高时，仍然有安全口和垫圈之间分离的危险以及泄漏的危险。而且，如果电解液由于碰撞、摇晃等，流到盖组件40和垫圈之间或者垫圈和圆柱形罐30之间的小缝内，那么电解液就有通过电解液的毛细现象和内聚力的相互作用而泄漏出电池的危险。
发明内容
因此，本发明的方案涉及上述问题和/或其它问题，并且本发明的方案通过在安全口和垫圈之间和/或安全口和成形的罐之间插入或形成粘合材料，以降低或避免电池的气体或电解液泄漏，来提高电池中的紧密性或密封性。本发明的其它方案还具有其它益处。
根据本发明方案的锂二次电池包括：电极组件；容纳该电极组件的圆柱形罐；封闭所述圆柱形罐的开口的盖组件，其包括电流绝缘部件和连接到该电流绝缘部件的盖顶；置于所述盖组件和所述圆柱形罐之间以保持密闭性或气密性的垫圈；和形成在所述安全口和垫圈之间的支撑密封件。
而且，根据本发明方案的支撑密封件可以由橡胶、硅酮和聚合物中的至少一个形成。
并且，根据本发明方案的支撑密封件可以具有中心有圆孔的环形形状。
而且，根据本发明方案的支撑密封件可以包括沿宽度方向形成的外部端，并遍布在所述垫圈和所述盖组件彼此接触的界面上。
并且，根据本发明方案的支撑密封件可以形成在所述垫圈和所述圆柱形罐之间。
而且，根据本发明方案的支撑密封件可以包括粘合层，其中所述粘合层由双面胶带形成或者通过在安全口和垫圈之间插入流体无定形粘合剂之后固化来形成。
而且，根据本发明方案的垫圈可以由聚乙烯、聚丙烯和聚酰亚胺中的至少一个形成。
而且，根据本发明方案的盖组件可以形成为单件，其包括电流绝缘部件和盖顶。
而且，根据本发明方案的电流绝缘部件可以包括由铜和铜合金中的至少之一形成的导电层，且该导电层可以通过电镀工艺形成。
而且，根据本发明方案，可以连接到所述安全口的上侧的二次保护元件。
而且，根据本发明方案的二次保护元件可以为由树脂和碳粉的层形成的正温度系数(PTC)元件。
根据本发明的方案，可再充电电池包括：具有开口端并容纳电解液的容器；封闭所述开口端的盖；插入所述容器和盖之间的垫圈；和插入所述容器和盖之间以阻碍任何所产生气体的泄漏和/或电解液的毛细现象泄漏的密封物。
根据本发明的方案，可再充电电池包括：罐；连接到该罐的安全口；插入所述罐和所述安全口之间的垫圈；和插入所述安全口和所述垫圈之间和/或所述罐和所述垫圈之间以提高密封性并增强它们之间连接性的密封部件。
本发明的另外方案和/或优点部分地在下面的说明书描述，并且根据说明书将部分地变得明显，或者可以通过实施本发明来体验。
附图说明
本发明的这些和/或其它方案和优点通过结合附图进行的下列描述将变得清楚并更加容易理解，其中：
图1示出根据本发明方案的锂二次电池的截面图；
图2示出根据本发明方案的锂二次电池的分解图；
图3示出根据本发明方案的锂二次电池的部分截面；
图4示出根据本发明另一方案的锂二次电池的部分截面；
图5示出根据本发明另一方案的锂二次电池的部分截面；
图6示出根据本发明方案的电流绝缘部件的截面图；和
图7示出相关技术锂二次电池的透视图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的方案，结合附图说明其示例，其中，全文中相似的附图标记指示相似的元件。以下为了解释本发明，通过参考附图来描述方案。
图1示出根据本发明方案的锂二次电池100的截面图。图2示出根据本发明方案的锂二次电池的分解图。图3示出根据本发明方案的锂二次电池的部分截面。图4示出根据本发明另一方案的锂二次电池的部分截面。图5示出根据本发明另一方案的锂二次电池的部分截面。图6示出根据本发明方案的电流绝缘部件的截面图。
如图1所示，圆柱形二次电池100(圆柱形锂二次电池或电池)包括电极组件200、容纳电极组件200和电解液的圆柱形罐300(或容器)，和装配在圆柱形罐300上侧的盖组件400(或盖)，以密封圆柱形罐300并向外部装置转移电极组件200产生的电流。
如图1所示，电极组件200通过卷绕涂覆有正极活性材料的正极板210、涂覆有负极活性材料的负极板220以及位于正极板210和负极板220之间的隔板230，形成胶卷形。正极板210是具有良好导电性的薄膜。在非限制性的方案中，正极板210包括正集流板，其包括铝(Al)箔和涂覆在正极板210两侧表面上的正极活性材料层。正集流板具有未涂覆正极活性材料的区域。这种正极未涂覆区形成在正极板210的两端。该正极未涂覆区的一端由Al制成，并连接到由电极组件200向外突出(在图1中，从内部向上或向外的方向)且具有特定长度的正接线片215。
并且，负极板220为薄膜，例如导电金属。在非限制性的方案中，负极板220包括负集流板，其包括铜(Cu)箔和/或镍(Ni)箔以及涂覆在负极板两表面上的负极活性材料层。负集流板具有未涂覆负极活性材料的区域。这种负极未涂覆区形成在负极板220的两端。负极未涂覆区的一端由Ni制成，并连接到由电极组件200向外突出(在图1中，从内部向下或向外的方向)且具有特定长度的负接线片225。在电极组件200的上侧和下侧，分别提供绝缘板241、245，以避免电极组件200分别接触盖组件400和圆柱形罐300。
如图1和图2所示，圆柱形罐300(或罐)包括具有特定直径的圆柱形侧板310和将圆柱形侧板310的底侧密封起来的底板320。从而在圆柱形罐300内形成容纳圆柱形电极组件200的预定空间。圆柱形罐300在圆柱形侧板310的上侧还包括开口，通过该开口插入电极组件200。由于负接线片225连接到圆柱形罐300的底板320的中心区域，所以圆柱形罐300自身用作锂二次电池100的负极。在非限制性的方案中，圆柱形罐300由铝(Al)、铁(Fe)或其合金制成。此外，圆柱形罐300包括卷曲部330(或图2所示的卷曲部分)，其在盖组件400的上侧向内弯曲压下(如图1所示)。并且，圆柱形罐300包括突缘340，其形成在与卷曲部330相距相应于盖组件400的厚度的特定距离的位置处。突缘340凹入，以压住(或辅助支撑)盖组件400的底侧。
如图1和图2所示，盖组件400包括安全口410、电流绝缘部件420、二次保护元件480和盖顶490(也被称为盖顶)。安全口410朝向盖组件400的下侧设置。安全口410包括一从中心区域突出(在图1和图2中，向下方向或朝向罐300的内部的向内方向)的突起。该突起被设计成，当圆柱形锂二次电池100中产生气体时，借助压力被向上(或远离罐300的内部的向外方向)推压而变形。并且，电极组件200的正极板210和负极板220分别电连接到盖组件400和罐300。例如，正接线片215焊接到安全口410的下表面上，以电连接安全口410和正极板210。类似的，负接线片225接触罐300，以电连接罐300和负极板220。
在非限制性的方案中，盖组件400可以包括电流绝缘部件420和安全口410相结合的单个元件。在各种方案中，电流绝缘部件420和二次保护元件480可以依次层叠在安全口410上，并且盖顶490可以位于其上，以按照相似于相关现有技术的方式形成该组件400。在另外的方案中，安全口410、电流绝缘部件420和二次保护元件480可以形成单件，以减少体积、重量和接触电阻。
在图2和图6所示的非限制性的方案中，电流绝缘部件420包括下导电薄膜422、通孔425、上导电薄膜426和主体428。在非限制方案中，电流绝缘部件420的导电薄膜422、426是铜、铜合金或其任意组合。铜是良导体并具有很高的导电性。在另一非限制性的方案中，为了易于控制厚度和简化目的，导电薄膜(或层)可以通过电镀工艺制成。
在非限制性的方案中，如图1所示，二次保护元件480可以连接到安全口410上。电流绝缘部件420可以位于安全口410的上表面上并与其电连接。因此，流进安全口410的电流，从下导电薄膜422，沿着通孔425，和上导电薄膜426流过。并且，二次保护元件480位于电流绝缘部件420的上侧上并与上导电薄膜426电连接，以便电流流动。并且，盖顶490电连接到二次保护元件480的上侧，以便电流从二次保护元件480流到锂二次电池100的外部。
在非限制性的方案中，二次保护元件480可以由包括树脂和碳粉的正温度系数(PTC)元件形成。在该方案中，树脂用作粘合剂，而碳粉用作导体。如果由于电池100的短路、过充电和/或过放电而使温度升高，那么电流流动因为树脂膨胀且碳粉之间的距离增加而被切断。
在图1和图2所示的非限制性的方案中，垫圈305形成在圆柱形罐300和盖组件400之间。垫圈305的材料可以是聚合物和/或树脂。在非限制性的方案中，垫圈305可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚亚酰胺(PI)或它们的任意组合。
聚乙烯质量轻且密度低，其由于分子非刚性排列而易于延伸。聚乙烯具有相对低的拉伸强度和相对高的冲击强度。聚乙烯很容易加工和使用。而且，因为聚乙烯仅由重复的CH2单元构成，所以具有良好的电绝缘性，并且由于它对称于碳(C)链，所以很适合用作高频绝缘材料。
当石脑油分解时，聚丙烯与乙烯一起产生。聚丙烯具有全同立构结构，其甲基在相同的方向上排列。尽管聚丙烯的结晶度很高，但是结晶度在成形后降低。聚丙烯和聚亚酰胺的电特性与聚乙烯的类似。
如图2和图3所示，支撑密封件500(也称作密封支撑件)形成在垫圈305和安全口410之间。在非限制性的方案中，支撑密封件500可以由橡胶、硅酮、聚合物或其任何组合形成。在各种方案中，支撑密封件500可以是中心有圆孔的环形形状。
在各种方案中，支撑密封件500可以按照各种形式实现。它可以形成环状的圈，带有粘合剂涂层、粘合剂膜、胶带或其任意组合的环状圈。并且，在各种方案中，可以使用若干支撑密封件500，它们中的每个在形式上可以相同或不同。
在非限制性的方案中，支撑密封件500可以是涂有具有预定粘度的粘合剂涂层的环状圈。支撑密封件500用作将安全口410和垫圈305连接在一起。在这个方案中，支撑密封件500可以是双面胶带，其中粘合层(或材料)施加到例如带的基材的两侧(或各侧)。在优选的但不是必须的方案中，基材可以是硅(Si)树脂(或硅酮)。
在非限制性的方案中，硅树脂(或硅酮)是热塑性的合成树脂，并可以是硅的有机衍生物的聚合物。通常，一般的塑料具有由碳形成的骨架。然而，硅树脂具有由硅形成的骨架，所述硅是具有诸如苯基和/或羟基之类的有机基的硅氧烷键(Si-O键)的形式。硅树脂具有足够用作脱模剂的覆盖能力(涂覆或铺展能力)。并且，当连接的有机基团是甲基时，硅树脂具有良好的绝缘性，并具有最好的乃热热性。当用烷基或芳基代替甲基时，硅树脂的机械强度增加，但是电性能降低。而且，硅树脂是可以长时间抵抗高温的绝缘材料。由于硅树脂具有良好的覆盖能力、良好的耐热性和良好的绝缘性能，因此，适合用作双面胶带的基材。
在非限制性的方案中，支撑密封件500可以用具有流动行的无定形粘合剂形成的粘合层实现。在这种方案中，圆柱形罐300和垫圈305、或者安全口410和垫圈305通过涂覆的粘合剂可以被彼此牢固地连接。而且，在另一方案中，圆柱形罐300和垫圈305之间或者安全口410和垫圈305之间的间隙可以通过涂覆粘合剂来填充或密封。在各种方案中，粘合剂可以是液相粘合剂、凝胶粘合剂或类似物。
在各种方案中，支撑密封件500可以置于罐300和盖组件400之间。在图3所示的方案中，支撑密封件500置于垫圈305和安全口410之间。在另一方案中，支撑密封件500可以被延长，以便其沿宽度方向的外部端被延伸，并覆盖在盖组件400的一部分或外围上。也就是说，参见图5，支撑密封件500被配置成，支撑密封件500的半径延长，且支撑密封件500被制成通过部分500a围绕盖组件400的侧边(外部环形边)。电池100的上侧通过卷曲圆柱形罐300的上开口以形成面向垫圈305方向的卷曲部330而封闭。因此，圆柱形罐330、垫圈305和盖顶490被压在垫圈305的外部，并且垫圈305和安全口410被紧固到(或压向)垫圈305的内部。
如图所示，圆柱形罐300的上端开口和垫圈305在外部牢固地收紧(或压在一起)。不过，内侧的密封性需要改善。因此，在本发明的各种方案中，为了改善密封性，支撑密封件500的半径被延长，以覆盖盖组件400的侧表面。
此外，相似于支撑密封件500的支撑密封件502可以形成在圆柱形罐300和垫圈305之间。参见图4和图5，支撑密封件502形成在圆柱形罐300的开口和垫圈305的连接(或按压)位置处，在垫圈305与支撑密封件500相反的一侧上，其中支撑密封件500形成在垫圈305和安全口410之间。
在如图4和图5所示的非限制性方案中，支撑密封件502形成在罐300和垫圈305之间，而支撑密封件500形成在安全口410和垫圈305之间。在非限制性方案中，支撑密封件500、502之一或两者可以由橡胶、硅酮、聚合物或其任意组合制成。并且，与支撑密封件500相似，支撑密封件502可以包括具有预定粘度的粘合层，可以具有形成在双面胶带上的粘合层，或者可以是具有流动性的无定形粘合剂。在非限制性方案中，支撑密封件500和支撑密封件502可以按照相似或不同的方式形成。
并且，优选但不必须的是，支撑密封件502为中心有孔的环形形状，这与形成在垫圈305和安全口410之间的支撑密封件500(粘合层)类似。优选但不必须的是，安全口410的凸起(或突起)位于锂二次电池100中，以致当由于电池内产生的气体是内压升高时，安全口410向上(或向外)可变形。
鉴于上述描述，下面说明具有根据本发明的各种方案的支撑密封件的锂二次电池的操作。
参见图2和图3，支撑密封件500形成在垫圈305和安全口410之间。在所示的非限制性方案中，支撑密封件500是双面胶带，其中双面胶带的一侧表面附着到垫圈305的一部分上，而双面胶带的另一侧表面附着到安全口410的一部分上。在另一方案中，如果支撑密封件500是液相或凝胶粘合剂，那么支撑密封件500可以附着到与双面胶带相同的位置，以当干燥时将垫圈305和安全口410连接(粘贴或密封)在一起。
参见图4，支撑密封件500形成在垫圈305和安全口410之间，而支撑密封件502形成在垫圈305的一部分和罐300的上端开口330的内表面的一部分之间。参见图5，支撑密封件500通过部分500a延长支撑密封件500，形成在盖组件400和垫圈305接触的大部分表面上，除此之外，其它与图4相同。
电池100容纳电极组件400，并通过卷曲部330在盖组件400上部紧固电池100的边缘，其中卷曲部330(或弯曲)使圆柱形罐300的上端开口向锂二次电池100的内部变形(或弯曲)。通过卷曲部(或弯曲)，仍然存在气体或电解液通过垫圈305和安全口410之间、垫圈305和罐300的上端开口330以及/或者垫圈305和电极组件400之间的微小间隙(或密封间隙)泄漏的风险。当气体从电池产生，并到达微小间隙时，就有泄漏的风险。为了减少或避免(或阻碍)泄漏，支撑密封件500和/或502在微小间隙处形成，以减少或避免气体和/或电解液通过微小间隙流出。支撑密封件500和/或502分别密封支撑密封件500、502与盖组件400和圆柱形罐300之间的间隙，和/或紧固其连接。因此，可以降低和/或避免气体泄漏。
而且，形成在微小间隙处的支撑密封件500和/或502减少和/或避免达到间隙的电解液由于电解液的粘合力和毛细作用所引起的泄漏。因此，可以减少和/或避免电解液泄漏。
本发明的各种方案适用于任何类型或形状的电池，包括任何可再充电的或不可再充电的和/或矩形的或六角形的电池。并且，粘合剂或胶带可以形成在盖组件、垫圈和/或罐上。
在各种方案中，涉及的向下或向上的方向不应该局限在电池或组件的特定方位上，而是也应该在向内或向外方向，和/或其它方向使用，其可以独立于电池或组件的特定方位。
根据本发明的方案，一个或多个支撑密封件形成在安全口和垫圈之间，和/或圆柱形罐与垫圈之间，以提高它们之间的密封性和紧密性以及锂二次电池的安全性。
尽管已经示出并描述了本发明的若干方案，但是本领域的技术人员应该理解，不脱离本发明的原则和精神可以在各方案中做出改变，而本发明的范围限定在权利要求及其等效物中。

Claims (23)

1.一种锂二次电池，包括：
电极组件；
容纳该电极组件的圆柱形罐；
盖组件，其包括封闭所述圆柱形罐的开口的安全口、具有上侧的电流绝缘部件和连接到该电流绝缘部件上侧的盖头，该安全口具有向内突出并由于电池的内压可向外变形的中心区域；
置于所述盖组件和所述圆柱形罐之间以保持气密的垫圈；
形成在所述安全口和垫圈之间的第一支撑密封件；和
形成在所述垫圈和所述圆柱形罐之间的第二支撑密封件。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述支撑密封件由聚合物材料形成。
3.根据权利要求2所述的锂二次电池，其中所述聚合物材料为橡胶或硅酮。
4.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述支撑密封件具有中心有圆孔的环形形状。
5.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述第一支撑密封件包括在宽度方向上形成的外部端，并遍布在所述垫圈和所述盖组件彼此接触的界面上。
6.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述第一支撑密封件由粘合层形成。
7.根据权利要求6所述的锂二次电池，其中所述第一支撑密封件包括两侧都具有所述粘合层的双面胶带。
8.根据权利要求7所述的锂二次电池，其中所述双面胶带为硅酮。
9.根据权利要求6所述的锂二次电池，其中所述粘合层通过在所述安全口和垫圈之间插入无定形流体粘合剂并固化所述无定形流体粘合剂而形成。
10.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述垫圈由聚乙烯、聚丙烯和聚酰亚胺中的至少一种形成。 
11.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述盖组件包括单件电流绝缘部件和盖头。
12.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述电流绝缘部件包括由铜和铜合金中的至少之一形成的导电层。
13.根据权利要求12所述的锂二次电池，其中所述导电层通过电镀工艺形成。
14.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述安全口的上侧连接有二次保护元件。
15.根据权利要求14所述的锂二次电池，其中所述二次保护元件为由树脂和碳粉组成的层形成的正温度系数(PTC)元件。
16.一种可再充电电池，包括：
具有开口端并容纳电解液的容器；
封闭所述开口端的盖；
插入所述容器和盖之间的垫圈；和
插入所述容器和盖之间以阻碍任何所产生气体的泄漏和/或电解液的毛细现象泄漏的密封物，
其中所述密封物被插入所述垫圈和所述盖以及所述垫圈和所述容器之间。
17.根据权利要求16所述的可再充电电池，其中所述密封物为两侧都具有粘合剂的胶带。
18.根据权利要求17所述的可再充电电池，其中所述胶带由硅酮形成。
19.根据权利要求16所述的可再充电电池，其中所述密封物为被涂覆并干燥的粘合剂。
20.根据权利要求16所述的可再充电电池，其中所述盖包括安全口，且所述密封物置于所述安全口和垫圈之间。
21.根据权利要求16所述的可再充电电池，其中所述密封物遍布在所述盖的侧边上。
22.根据权利要求16所述的可再充电电池，其中所述密封物是环形的。 
23.一种可再充电电池，包括：
罐；
连接到该罐的安全口；
插入所述罐和所述安全口之间的垫圈；和
插入所述安全口和所述垫圈之间以及所述罐和所述垫圈之间以提高密封性并增强它们之间连接性的密封部件。 
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