TW200830601A - Cylindrical secondary battery and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

200830601 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明有關於圓柱二次電池，且尤其有關於一種圓柱 二次電池，其比較安全，因它不包括一珠部分，其大致形 成在習知圓柱二次電池的上方部分中，且其具有較大的電 各昼，這是因為被該珠部分佔據的空間可用以增加電容 量’及一種製造圓柱二次電池的方法。 【先前技術】 與不能充電的主要電池不同的是，二次電池可以充電 及放電。近年Hf池已廣泛用於可攜式電子裝置如 行動電話及筆記型賴。二次電池的範例包括氫錄電池， 鐘^池’雜子電池，絲合物_池。料，根據雜 一:人電池可分縣_二:欠電池，㈣二:域池，及袋狀 —次電池。 不^關於圓柱二次電池。惟，本發明揭示的配 置^用】ί彳m熟習此項技藝者可以將本發明的 置應用在角型二次電池及袋狀二次電池。 以說=Γ^σΒΙ柱二次電池的剖視圖。現在要參考圖 二:月該 > 知圓柱二次電池及其製造方法。參考圖卜 二個矩形板型電極及—個件 卷餅以形成電她件2G ^接者捲曲成類似 避免二個電極之ηΙΓ 隔離件插在二個電極之間 20向上導出，Γ/Γ °正電極分接頭22從電極組 的外壁；亦可選擇圍2分接頭(圖未示出)接到圓柱罐 Κ擇圍繞的另一種方式。 200830601 電極組件20 ’上絕緣板12及下絕緣板(圖未示出)循序 通過罐10的開口而插入罐10。上絕緣板及下絕緣板分 別安裝在罐10的上及下方部分。罐10上方部分中的外= 朝著其中心壓按以形成珠部分14。亦即，珠部分14凹^ 在罐10的外壁。珠部分14避免電極組件2〇在罐1〇中移 動。此外，電解液注入罐1〇。絕緣用的密封件3〇安裝在 珠部分14上且在罐10之中。用以封閉罐1〇開口的蓋組件

40安裝在珠部分14上方。蓋組件4〇包括：一通風孔，焊 接到正電極分接頭22，一電流中斷裝置(CID)，一正熱係數 (PTC)裝置，及一上蓋，具有一電極端。蓋組件4〇的通風 孔被珠部分Η支撐目而職向τ移動。最後，執行一夹製 程。亦即，插人密封件30的上蓋，其作為阻檔件，推入罐 10的開口’藉此封閉罐1〇。 j習知陳二次電池有以下姻題： 蓋組二π-40/到罐10的上方部分時，必須循序安裝 間。因此，6、^牛，這會增加組裝圓柱二次電池所需的時 ♦蚀匕而要更多的時間及成本來製造圓柱二次電池。 密封程以製造圓柱二次電池時，其中罐10按在 古厭。 匕具有的結構不能抗拒30 kgf/cm2或更大的 電鑛製程。< 必雜未電鍍罐1G的上端執行額外的快閃 屬材向其中心壓按以形成珠部分14時，罐10的金 “认罐K)。料來的金屬材料流人罐1G，它會產 7 200830601 生極嚴重的安全缺失。尤其是，這些缺失是近來筆記型電 腦電池爆炸的主因。 此外，珠部分14佔據的空間並未有效的利用。若能移 除珠邛分14，則可以將更多的電極組件2〇及電解液插入 珠部分14佔據的空間。接著，可大幅增加圓柱二次電池的 電容量。 【發明内容】 、本發明提供-種圓柱二次電池及一種製柱二次電 池的方法，其巾歸的簡化組裝製程，及因而減少製造圓 柱二次電池所需的時間及成本。 …本發明也提供-種圓柱二次電池及—種製造圓柱二次 電池的方法，其巾絲戦麵分的做 材料流入罐及因而令圓柱二次電池更安全。 米至屬

本發明也提供—種圓柱二次電池及一種製造圓柱二次 電池的綠，射未軸珠部分，及珠部分 用以增加圓柱二次電池的電容量。 门 惟’本發_目的不祕本文所述的。熟胃此項技藝 者將了解藉由參考以下本發明_細_，可以更了解本 發明的上述及其它目的。 根據本發明的-特點，提供—種圓柱二次電池 :圓柱外罐，其具有一開啟頂部，俾 =Γ及具有一電極分接頭，其從電極組= Κ向上H·及—蓋組件，組裝成為—體結構，1 外側表面’谭接及固定在外罐上部之一内側表面:及具有 8 200830601 ，以傳送電極組件產 一底表面，接合且電連接電極分接頭 生之電流至外部。 〜蓋組件包括次碟，接合且電連接電極分接頭； 文王通風孔’其具有一連接部，從其底表面令 電連接次碟，·-上蓋，電連接安全通風孔之二 ，，外部，· 封件’ _及支撐上蓋之環及安全通風 之％，且將上蓋絲匈取财部 =及切贿狀-外料接輕上方部^内 側表面，其中當外罐中之勤超過一預設位準時，安全、= 風孔之連接部與於次碟分離。、 的方ί據itr另一特點’提供一種製造圓柱二次電池 〜方法包括.將一蓋組件組褒成為一體結 插入一圓柱外罐，其具有-開啟: 4，接5且電雜-電極分接頭至蓋組 底表面 if彎曲電極分接頭；及焊接蓋組件之外侧 外罐上方部分之一内側表面。 囬主 、=裝蓋組件包括：接合且電連接_連接部至―次碟， 通風孔中心向下凸出;在安全通風孔上 及上盍上堆疊一密封件以容納安全通風孔 分====及將一外殼下方部分及密封件下方部 雷ΐ根據本明的"'種圓柱二次電池及—種製造圓柱二 ο的方法中’將一蓋組件預先組裝成為一體結構，及 200830601 =著連接-外罐。因此可減少組裝圓柱二次電池所需的時 =同於f知圓柱二次電池，根據本發明的 a 士中不包括—珠部分。因此，藉由無形成珠=電 即可減少製造圓柱二次電池所需的‘。，所 外罐不=珠二：不必擔心珠部分的金屬材 匕 了和：鬲圓柱二次電池的安全。 由於更多的電極組件及電解 佔據的空間所以可大幅圓柱二次電池的電^口鱗部分 本發組件是雷射焊接在外罐。因此，根據 懕 口柱一久琶池能承受比習知圓柱二次電池更高的 ’該習知圓柱二次電池是用習知夾製程來製造。、 快閃#^知於P程後，必須於未電鑛罐的上端執行 電鍍製3 發雜f知不同，本發明不需要快閃 【實施方式】 曲_要參考附圖以詳細說明本發明，其中顯示本發明 、型貫施例。惟，可以許多不同的形式實施本發呀 以不應該縣制轉為神文騎的實_，相反 的提i、這些貝她例只是為了使本發明更完全及完整，以 及將本發明的概念更完全的傳達給熟習此項技藝者。 圖2疋根據本發明的圓柱二次電池的剖視圖。參考圖 2 ’根據本發明的圓柱二次電池包括一外罐〗〇〇及一蓋組件 200。外罐100是圓柱形，及外罐1〇〇的頂部是開啟，以便 200830601 電極組件110及電解液可通過外罐1〇〇的開啟頂部而插入 外罐L蓋組件細組裝成為一體結構，及接著連接外 罐100的上方部分。 更特定地’電極組件110包括：一陽極板，一陰極板， 及隔離件。陽極板具有陽極活化材料層、其塗在陰極集 極的表面。此外，隔離件插在陽極板與陰極板之間，而且 將陽極板與陰極板动魏緣。陽極板，陰極板及隔離件 捲曲成類似薄卷餅以形成電極組件100。電極分接頭⑽ 從電極組件11G的上端向上Μ，且焊接及_電連接至 蓋組件200的底表面。 外罐100具有-圓柱形結構，其中形成—預設空間以 收納電極組件U0及電解液。雖然外罐刚的底部是封閉 的，但是外罐卿的頂部是開啟的以允許連接蓋組件200。 外罐廳的上方及下方部分分別安裝—上絕緣板 〇及-下絶緣板(圖未示出）’以避免電極組件接觸罢 組件200及外罐100。 ^ 蓋組件200組裝成為一體結構且接著插入外罐議的 頂部。此外’蓋組件200的外側表面焊接到外罐刚上方 部分的内側表面。亦即’蓋組件細插入外罐跡的開啟 頂部之後，蓋組件200的外側表面即雷射焊接到外罐謂 的上方部分的内側表面。接著，蓋組件細封閉外罐漏 的頂部。在此，雖然蓋組件的底表面接合及因而電連 ，電極分接頭12〇 ’但是蓋組件·可以與外罐刚絕緣。 盍組件200豸電極組件110產生的電流傳送到一外部裝置。 200830601 現在將更詳細的說明蓋組件200的結構。 圖3及4是圖2圓柱二次電池中包括的蓋組件2〇〇的 立體分解圖。圖5糾視_以解釋組u 2圓柱二次電 池中包括的蓋組件的製程。圖6衫組件的剖視 圖’蓋組件200組裝成一體結構且包括在圖2圓柱二次電 池中。 ^ $考圖3至圖6，根據本發明的蓋組件2〇〇包括··一 广碟260,電極組件11〇ι生的電流通過次碟而流到外 部裝置，一安全通風孔23〇, 一上蓋210 , 一密封件270, 其用以組裝次碟260，安全通風孔230及上蓋21〇，及一外 殼 280 〇 :人碟260位於組裝成一體結構的蓋組件2⑽的底部。 次碟260接合及因而電連接電極分接頭12〇，其從電極組 件110向上引出。次碟260是由導電金屬材料製造。 。=全通風孔230的功能是作為根據本發明圓柱二次電 1的第^安全裝置。亦即，#外罐議中的壓力超過一預 二位準叶戈全通風孔230即阻止爵柱二次電池中的電流 、動乂避免圓柱—次電池的爆炸。安全通風孔是由導 ^金屬材·造。安全通風孔23〇的上環向外延伸以便被 '牛支撐’岔封件270將於稍後說明。此外，安全 =風孔230在其底表面中心具有-接觸部分232。接觸部 分2幻接合及電連接次碟260，及從安全通風孔23〇底表 面中心向下凸出。 亦P ^圓柱一次電池在正常狀態下，電極組件110 12 200830601 產生的電流會經由電極分接頭12G，次碟·，安全通風孔 230，及上蓋210而流到外部裝置。惟，當因為過度充電或 圓柱二次電池的不正常的熱產生而導致圓柱二次電池中的 壓力不正常增加時如圖8所示，安全通風孔23〇的接觸部 分232即與次碟分離。結果，圓柱二次電池中的電流 被阻止，因此保持圓柱二次電池的安全。 *全通風孔’的接觸部分232四腿域可以比安全 通風孔230區域薄，以增加接觸部分232的高度以便當圓 柱一··人电池中的壓力不正常增加時，可以與次碟細分離。 上蓋210在蓋組件綱的上方部分中且將圓柱二次電 池產·電雜朗外部輕。上蓋社小與安全通 風孔230的頂表面相同’且接合及電連接安全通風孔23〇 的頂表面。亦即’當上蓋21〇底表面的環接觸安全通風孔 230頂表面的環時，密封件27〇及外殼28〇即將上蓋册 及安全賴孔㈣助頂鱗。絲，上蓋210及安全通 風孔230接合且互相電連接。 ^ _密封件27G壓按及支揮上蓋別的環及安全通風孔230 的環。此外，密封件270令上蓋21〇及安全通風孔23〇與 外界絕緣。密封件270具有圓柱形結構，其中可容納安全 ^風fL 23〇及上。密封件27〇的底部是開啟的以便 ^王通風孔230及上盍210可插入其中。密封件27〇的頂 表面從密封件270的環朝著其中心凸出-預設長度，且接 觸上蓋210頂表面的環。當組袭蓋組件200時，安全通風 孔230及上蓋21〇是猶序堆^，及接著將密封件堆疊 13 200830601 在上蓋210上。密封件270堆疊在上蓋21〇上以容納安全 通風孔230及上蓋210之後，密封件27〇的下方部分即朝 著其中心壓知：。接著，固定安全通風孔230及上蓋21〇且 將二者互相電連接。在此，密封件27〇並未在一分離製程 中壓按。相反的，密封件270與外殼28〇 一起壓按，'這將 稍後說明。 外殼280形成蓋組件2〇〇的外側表面。外殼28〇壓按 且支撐密封件270的外表面，且焊接外罐議上方部分的 關表面。外殼28G具有圓柱結構，其中可收納密封件 270。外殼280的底部是開啟的，以便密封件27〇，安全通 風孔230及上蓋210能插入其中。此外，外殼28〇的頂表 面從外殼280的環朝著其中心凸出一預設長度，且接觸密 封件270頂表面。當組裝蓋組件2〇〇時，安全通風孔23〇， 上蓋210或密封件270循序堆疊，及接著將外殼28〇堆疊 在欲封件27G上。外殼28〇堆疊在密封件，上以容納安 全通風孔23〇，上蓋210及密封件27〇之後，外殼勘的 I 下方部分即朝著其中心壓按。接著，外殼28α，密封件27〇， *全通風孔23G及上蓋训即組裝成為一體結構。 與⑽件270上方部分及外殼遣上方部分朝著其中 心壓，時相比’當密封件27G下方部分及外殼通下謂 ”朝著其中〜壓如以上所述)，蓋組件·對於圓柱二 次電池林正常的壓力增加具有較高的承受力。 沿著外殼280的外環側表面形成一凹的罐焊接部分 282。罐焊接部分282焊接外罐上方部分的内側表面。 14 200830601 罐焊接部分282形成一深度其對應外罐1〇〇的厚度。外罐 100的上鈿插入罐焊接部分282之後，點A，罐焊接部分 282接觸外罐廳的上端處，即以環狀方向雷射焊接外二 1〇〇。接著，外殼280接合外罐100。為了易於焊接外殼28〇 與外罐100，外殼280及外罐100可由相同金屬製造。 根據本發明的蓋組件200尚包括一正熱係數(pTC)裝 置220，當圓柱二次電池的溫度超過一預設位準時， 裝置220將安全通風孔23〇與上蓋21〇絕緣裝置2沈 的形狀類似一環，其外直徑對應安全通風孔23〇的外直 徑，且插在安全通風孔230與上蓋210之間。亦即，安全 通風孔230 ’ PTC裝置220及上蓋21〇循序堆疊在密封件 270之中後，當壓按外殼280時，即壓按且與其它元件固 定在一起。 PTC裝置220的功能是圓柱二次電池的第二安全裝 置。亦即，當圓柱二次電池的溫度正常時，PTC裝置22〇 即電連接安全通風孔230與上蓋22〇。惟，當圓柱二次電 池的溫度不正常增加時，PTC裝置22〇即阻圓，雷 池中的電流流動。PTC裝置220包括：一裝置=== 脂及碳粉製造，及一導電板，其接到裝置層的上表面及下 表面。當PTC裝置220的溫度增加時，裝置層的樹脂即擴 張且中斷碳粉的連接。結果，即阻止電流流動。陶磁材料 可作為PTC裝置220來使用。 根據本發明的蓋組件200尚包括一下蓋25〇及一絕緣 板240用以支撐安全通風孔230及次碟260。 15 200830601 下蓋250安裝在次碟26〇與安全通風孔23〇之間且焊 接次碟，因此固定次碟260。下蓋250是由金屬材料製 造的圓盤。下蓋250在其中心具有一通孔252，而且安全 通，孔230的接觸部分232穿過通孔252。除了通孔况， 下蓋250在其底表面具有複數個孔254及256。因此，圓 柱二次電池中產生的壓力可經由孔254,256而送入安全通 風孔230。 #絕緣板240收納在下蓋25〇且將安全通風孔23〇與下 蓋250絕緣。絕緣板24〇是環狀且因而接到下蓋25〇的通 孔252女王通風孔230的接觸部分232通過絕緣板240 及下盍250及接合次碟260。安全通風孔230的下環是迫 入絕緣板240中，及絕緣板24〇是迫入下蓋25〇中。複數 個凸起(圖未示出)形成在絕緣板24〇的外環表面上，以允許 絕緣板240連接下蓋250。 參考圖3至圖6，上述配置的蓋組件2〇〇其組裝如以 下所述。 首先，將絕緣板240迫入安全通風孔230的下方部分。 接奢，將下盍250迫入絕緣板240的下方部分。在此，安 全通風孔230的接觸部分232通過絕緣板240及下蓋250。 接著，焊接次碟260及電連接安全通風孔23〇的接觸部分 232。次碟260也焊接及因而固定在下蓋25〇。 PTC裝置220及上蓋210循序堆疊在安全通風孔23〇 上，安全通風孔230與次碟260組裝在一起如上所述。必 要時可以省略PTC裝置220。 16 200830601 接著’密封件270堆疊在上蓋210上。結果，安全通 風孔230 ’ PTC裝置220及上蓋210收納在圓柱密封件27〇 中。在此例，密封件270的頂表面接觸上蓋21〇頂表面的 環。 外殼280堆疊在密封件270上。結果，密封件27〇收 納在圓柱外殼280中，及外殼280的頂表面接觸密封件27〇 的頂表面。若密封件270及外殼280循序堆疊在安全通風 孔230 ’上蓋210專’則最後的結構如圖5所示。 在此狀態，外殼280下方部分及密封件27〇下方部分 朝著其中心壓按。接著，完成蓋組件2〇〇如圖6所示。由 於密封件270及外殼280都是圓柱，當外殼280下方部分 及密封件270下方部分朝著其中心壓按時，其會中止。為 了避免在密封件270及外殼280中形成皺摺，可藉由數個 步驟執行壓按外殼280下方部分及密封件27〇下方部分的 製程，同時將密封件270及外殼280加熱。 現在敘述連接蓋組件200及外罐1 〇〇的製程。 爾7是剖恶圖用以解释將圖2圓柱二次電池中的蓋組 件200接到外罐100的製程。 參考圖7 ,電極組件110及電解液插入圓柱外罐1〇〇， 其具有開啟的頂部。將電極組件11〇及電解液插入外罐1〇〇 之前及之後，將下絕緣板及上絕緣板13〇插入外罐1〇()， 以避免電極組件110及電解液直接接觸蓋組件2〇〇的底表 面及外罐100的底表面。下絕緣板安裝成為一碟，其中心 無通孔，及上絕緣板130安裝成為一碟，其具有一通孔以 17

發明 200830601 令電極分接頭120 f過。從電極組件11〇❾上端向上引出 的電極分接頭12〇，延伸通過上絕緣板13〇的通孔而穿透 出上絕緣板130。 接著，電極分接頭12〇接合及因而電連接蓋組件200 的底表面’織組件已預先組裝縣-縣構，亦即， 久碟260的底表面。 一在此狀態，若蓋組件200插入外罐1〇〇，則電極分接 頭120會彎曲如圖2所示。 蓋組件200插入外罐跡的開啟頂部分之後，外罐漏 ^上入蓋組件獅的外側表面，亦即，形成在外殼 、面上的_罐輪卩分脱。在此絲，點A， 1〇0 ， 也中。結果’完成根據本發明的圓柱 ㈣外部材料塗 它形二次魏，但是本_切應用於其 ，必匕 了貝/\^ 】 顯甲及敘述本 定義的本發明精神及範圍^在不月離以下申請專利範圍 節作各種變化。圍之下，可以對本發明的形式及細 200830601 【圖式簡單說明】 圖if習知圓柱二次電池的剖視圖； 圖2是根據本發明的圓柱二次電池的剖視圖· 分解圖圖ί及4是圖2圓柱二次電池中包括喊組件的立體 圖5是剖視圖肋轉組賴2圓柱雷 的蓋組件的製程； 人电池中包括 圖6是蓋組件的剖視圖，該蓋組件組裝成 且包括在圖2圓柱二次電池中；“、、〜體結構 的 圖7是剖視圖用以解釋將圖2圓柱二次電池 蓋組件接到外罐的製程；以及 I括 電 圖8是剖視圖甩以解釋阻止圖2圓柱二次 流的製程。4"中的 【主要元件符號說明】 10罐 12上纖緣板 14珠部分 20電極組件 22 正電極分接頭 30密封件 40蓋組件 100 外罐 110電極組件 120電極分接頭 19 200830601 上絕緣板 蓋組件 上蓋 正熱係數(PTC)裝置 安全通風孔 連接部 絕緣板 下蓋 通孔 、256 孔 次碟 密封件 外殼 罐焊接部分 點 20

Claims (1)

1. 200830601 十、申請專利範圍： 1· 一種圓柱二次電池，包括： 圓柱外罐，其具有—開 解液插入其中，及具有一+卩俾此將一電極組件及_ 且向上延伸’ ·以及 分接頭，其從電極組件導出 盍組件，組裝成為—體結 及固定在外罐上部之—内相矣/、/、有一外側表面，烊接 „ ^ ^ m則表面，及且右一念士 2· 電極分接頭，以傳送電極產電夕接合 如申請專利範圍第1項所 座生之電流至外部。 包括： 所奴81柱二次魏，其中蓋組件 一次碟’接合且電連接電極分接頭，· 女全通風孔’其具有一連接 出，及接合且電連接次碟; I、底表面中心向下凸 缝:電連接安全通風孔之—頂表面及部 一麟件，難贼撐上蓋之環及安全.孔^ 上蓋及安全通風孔與外部絕緣；以及衣’且將 一外殼，壓按及支撐密封件之一外. 阳 部分之内侧表面斤^ ^ ，且祕外罐上方 其中，當外罐中之壓力超過一 3. 4. 連接部與於次碟分離。預β又位料’安全通風孔之 ，申請專利範圍第2項所述之圓柱二次電池，著 外環側表面形成-凹的罐焊接部分，其焊接外罐上 。刀之内側表面’及形成—深度其對應外罐之厚度。 如申請專利範圍第2或3項所述之圓柱二次電池，其中蓋 21 200830601 2尚包括-讀傭(PTC)裝置，插在安全通風孔與 且當圓柱二次電池之溫度超過—預設位 安 全通風孔與上蓋絕緣。 卞文 5. 6. 8. ^ =娜2或3項所軸柱：次電池，其中蓋 及 以 2 ’安裝在次碟與安全通風孔之間，焊接至次碟， 中心具有—通孔，安全通風孔之連接部穿過通孔； 二絕？板’伽在下Μ ’將_與下魏緣，及形狀近 似一％待連接下蓋之通孔。 ^申請專利範鄕5項所述之圓柱二次電池，其中下蓋在 二底,具有複數個孔，以允許圓柱二次電池中產生二 力傳送至安全通風孔。 如申請專利範圍第5項所述之圓柱二次電池^ 31風孔之一下環迫入絕緣板中，及令絕緣板迫入下蓋中。 —種^圓柱二次電池之方法’該方法包括： 將一蓋組件組裝成為一體結構； 電極崎及轉液插人—圓柱外罐，其騎一開啟頂 連接—電極分接輕蓋組件之—底表面，電極分 接頭攸電極組件導出； 以及 將现、、且件插人外罐之開啟頂部，及因而彎曲電極分接頭； 之一内側表面 焊接盍組件之外側表面至外罐上方部分 22 200830601 9· ‘次電池之方法， 安全通風 接合且電連接一遠接邱 孔中心C 大碟，該連接部從- 札甲u向下凸出； 在安全通風孔上堆疊一上蓋； 堆疊—密封件以容納安全通風孔及上蓋在密封 to. 11. 密封件下方部分瓣其中心壓按。 2§月專利範圍第9項所述之製造圓柱二次電池之方法， 蓋=職組件尚包括將—PTC裝·在安全通風孔與上 如申請專職圍第9或1G項騎之製造陳二次電池之方 法，其中組裝蓋組件包括： 接合安全通風狀連接部與次碟之前，將安全通風孔之一 下環插入一絕緣板; 將絕緣板插入一下蓋；以及 焊接次碟與下蓋。 23