TW437117B - Lithium ion battery using prismatic can with recessed surfaces - Google Patents

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經濟部中央標车局負.T消費合作社印製 ，飞7飞A 7 A7 五、發明説明（1 ) 相關申請的對照 本申請係以1998年12月24日向大韓民國工業財產局提 出之第98-58175號申請案作為基礎，該申請案之内容茲Μ 參照方式併入本申請案中。 發明背景 (a) 發明範圍 本發明係、指一種稷柱形鋰離子電池*尤其係指一種可 供離子電池之膠狀捲安置其中並將電解液注入棱柱形容器 之梭柱形鋰離子電池。 (b) 相關技藝說明 傳統之圓筒形鋰雛子電池正經歷一種成為矩形之變化 ，俾使用在較小且較薄之可攜帶式電子裝置，此一同時， 使用於該等可攜帶式電子裝置中之電池亦逐漸由鎳氫電池 改變成鋰雛子電池。 然而，將該梭柱形鋰離子電池與圓筒形鍵離子電池比 較，該稷柱形電池包裝除了具有組裝後充放電週期之問題 而使其本身受損外，當該電子裝置被使用時*其亦畲產生 損壞。另外，這些稷柱形電池於最初充放電時所產生之氣 體係會在該電池中產生壓力。甚至，當重復充放電而致電 極膨脹時，該保護容器之外表面亦會形成大量膨脹之變形 ，從而造成該電池安全特性之損壞。 因此，一種在充放電時用以限制容器因氣體壓力或電 極膨脹所產生之膨脹乃對習用之梭柱形電池容器非常必要 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 4 (請先閣讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 Α7 Β7 五、發明説明（2 ) 發明概要 本發明之目的係提供一種改良電池本身安全性之稜柱 形鋰雛子電池，而且藉著使用一可抵抗電池內壓力之容器 亦可改良該電池包裝之安全性。為了限制該容器表面膨脹 之結果，所Μ因電極膨脹及電池內壓力增力之電池容積改 變乃可被加以限制。 另外，本發明之另一目的係藉著減輕膠狀卷之變形以 改良該電池之壽命週期特性，其中該膠狀卷之變形乃係因 連纊充放電對鋰離子電池膠狀卷形成膨脹及收縮所造成者 ，所以該鋰金屬乃可均匀且穩定地與該膠狀卷吸附在一起 及與其相分離。 圖式之簡單說明 Μ舉說明書所附之圖式說明本發明之實施例，同時配 合其描述詳述本發明之所有原理： 第一圖：係使用比較範例所示習用稜柱形容器之鋰離子電 池結構外觀示意圖*其中標號1係指稜柱彤容器 之蓋片；標號2係指陽極端；標號3係指膠狀卷 ;而標號4則係指梭柱形容器。 第二圖：係該比較範例所示習用稷柱形容器之正面圖。 第三圖：係第二圖所示A — A —截線之線性斷面圖。 第四圖：係第二圖所示B — B '截線之線性斷面圖。 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐） 5 . 装—-------訂------腺 (請先閲讀背面之注意事項再填艿本頁) A7 4371 1 7 B7 五、發明説明（3 ) 第五圖：係範例1所示接柱形容器之正面圖。 第六圖：係第五圖所示C—C/截線之線性斷面圖。 第七圖：係第五圖所示D — D ~截線之線性斷面圖。 第八画：係範例2所示稷柱形容器之正面圖。 第九圖：係第八圖所示E — E /截線之線性斷面圖。 第+圖：係第八圖所示F _ F —截線之線性斷面圖。 第十一圖：係範例3所示稷柱形容器之正面圖。 第十二圖：係第十一圖所示G — G /截線之線性斷面圖。 第十三圖：係第十一圖所示H — H ~截線之線性斷面圖。 第十四圖：係依據使用比較範例所示習用棱柱形容器之鋰 離子電池及使用本發明範例1所示稜柱彤容器之 鋰離子電池時•其充放電週期對其放電容量之關 係圖。 較佳實施例之詳細說明 在Μ下之詳細說明中，將僅對本發明之較佳實施例簡 單地藉本發明所有發明人所預期最佳模式之說明加Μ揭示 及描述。很明顯的，本發明係可Μ在不偏離本發明之狀況 下對各種明顯細目加Μ修正。因此*該說明係依本質加以 說明而未加限制。 本發明係提供一種改良電池本身安全性之稜柱形鋰離 子電池*而且藉著將一膠狀卷裝設在一包含有凹入表面之 稷柱形容器中亦可改良該電池包裝之安全性，所以因電極 膨脹及電池内壓力增力之電池容積改變乃可被加Μ限制。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） 6 ----------^裝^-----^--訂------丨線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經漭部中央標準局员Μ消费合作社印$1 經濟部中央標來局貝Η消&合作社印製 轟3 71 1 7 a7 B7 五、發明説明（4 ) 2玄詳述本發明如下： 本發明係提供一種稷柱形鋰離子電池，包含： a) 一鋰離子電池之膝狀卷； b) 電解液；及 c) 一稜柱形容器，該棱柱形容器係包含於該容器兩 端部間所設具有一個或一個以上凹入部之表面， 俾提供該躍狀卷及電解液容置其間。 上述c )項所述之凹入部係於該兩端部間被設成一階層 或多階層，其中該等階層之高度差係從該電池厚度之0.1 至30%，而Μ電池厚度之0.5至10%者器最佳。 該包含有上述c)項所示兩端部間凹入部表面之稜柱彤 容器乃係藉沖壓或臀曲一金屬板所製成者，而該金屬板之 形狀則係選自第五圖至第十三圖所示帶狀、圓形、矩形及 凹凸不平之形狀等所組成之族群。 上述梭柱形容器之表面形狀並不需要僅侷限於帶狀、 圓彤及矩形；只要能承受電池內部所產生之壓力及膠狀卷 容積膨脹之任何形狀係均可被接受。 上述c)項所述按柱形容器之材料係選自不鏽鋼、鎳鋼 板及鋁合金鋼板所組成之族群。 習用稜柱形容器之扁平表面並不能經得起因電池容積 膨脹而於正常方向所產生之作用，進而造成表面歪曲。此 乃因為該薄金靥板係由諸如錯合金鋼板、不鏽鋼及鎳鋼板 等衬料所製成者。然而，本發明所示包含有凹入部表面之 稜柱形容器乃係由改良之金屜表面所製成，其中彤成該容 本紙浪尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210Χ 297公釐） 7 --------丨裝-—------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經消部中央標準局貞工消費合作社印$1 4371 1 7 A7 B7 五、發明説明（5 ) 器之金鼷表面係由一個或多個内部階層所組成，俾該等階 層不致承受因電池内部容積膨脹所產生之向外定向垂直作 用力而產生變齡。甚至*該裝配電池之容積膨脹亦可被加 Μ限制。 另外，如果使用本發明所示包含有凹入部表面之稜柱 形容器，則該電池膝狀卷最外層之鋁箔層將可更緊固地附 著在該容器上。結果，其與該容器之接觸乃得Μ增加，俾 改良該電池之導電性*進而藉著該電池阻抗值之減小以改 良該電池之效率。 甚至，含有凹入部表面之稷柱形容器係可藉著減緩該 膝狀卷之變形Μ改良電池使用週期之特性，其中該膠狀卷 之變彩乃係於連續充放電時因鋰離子電池所設電極之膨脹 及收縮所造成者。因此，鋰金屬乃可均句且穩定地與該膠 狀卷吸附在一起或相分離開來。 本發明之範例及比較範例係分別描述如下：然而下列 之範例係僅用Μ說明本發明而已，其並不是僅偏限在下列 之範例而已。 範例 比較範例 如第二圖所示，具有寬度34mm、高度48mm及厚度10mm 之稷柱形容器乃係由具有扁平均勻表面之鋁板所製成，該 稜柱形容器中除了插設有使用鋰鈷氧化活性材料之正電極 、使用碳活性材料之負電極，及以合成纖維電解液薄膜隔 開之躍狀卷外，其並注人由申乙基碳酸酯、二申乙基碳酸 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2!0X 297公釐） 8 裝 訂 H 線 (#先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 經淖部中决標隼局貝工消费合作社印^ Λ3” '7 Α7 Β7 五、發明説明（6 ) 昏旨及鍵鹽（LiPFs) 等之溫合電解液。随後，該容器邊緣及 該容器蓋板間之接縫係藉雷射煙接从製成稜柱形鍵離子電 池0 ! 狂在1/2 C充放電條件下.，藉一充放電裝置之控制 ，令三種上述稷柱形鍵離子電池分別經歷1週期、50週期 、：100週期及150週期之四種充放電週期。則該電池外側 尺寸之量測值係如表1所示，而經每一週期數後所量測之 阻抗及放電容量則如第十四圖所示。 甚至，本發明亦執行依據UL — 1642標準之衝擊試驗* 俾用Μ確認充放電測試後之電池安全性。 該衝擊試驗乃係測試該電池在其中心被一 9公斤重之 簠物從60公分高度處落下擊中時是否會產生内部短路。 所以，該電池之氣體排放孔乃會在一分鐘内自動操作 Ο 範例1 如第五圖所示，該比較範例之膠狀卷除了被插設在一 具有寬度34mm、高度48mm及厚度10mm之稷柱形容器中外， 該模柱形容器並具有由錯板所製成具凹入部之表面•而且 言亥銘板並被修飾成一具有0 - 1mm、 0 - 1mm及0.05mm三P皆層 之沖壓處理深度。該膝狀卷係被注入電解液，随後，容器 邊緣及蓋板間之接縫並Μ雷射焊接以製成稜柱瑕鍵離子電 他。 茲對如比較範例中所製成之三種稜柱形鍵離子電池進 行充放電測試，其電池外測尺寸之量测值則係記錄在表1 本紙張尺度適用中國國家標卑（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） 9 ---------丨裝-----^--訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（7 ) 中*而經每一週期數後所量測之阻抗及放電容量則如第十 四圖所示〇 範例：1所示電池之外側尺寸變化係較低於使用習用容 器所示比較範例之稜柱形鋰離子電池的外側尺寸變化*而 且就算一再經歷數週期，他們亦持續顯示相同之結果。 該阻抗量測值之結果則顯示：由於低電池電阻，該範 例1所示電池之電傳導率係較佳於該未使用改良習用容器 所示比較範例之樓柱形鋰離子電池者。 另外，如第十四圖所示，範例1所示電池於每一週其月 數所減少之放電容量係少於使用習用容器所示比較範例之 棱柱形鋰離子電池者。 甚至，比照比較範例所作之衝擊試驗*則該氣體排放 孔之運作將會延後，或是其在超過一分鐘時仍不會運作。 所以當與使用比較範例所示習用稷柱形容器之電池相比較 時，其即意味著因外在衝擊而致内部短路以產生氣體之童 將大大地減少。 ---------- --^裝^-----^--訂-------線 (請先Μ讀背面之注意事項再填寫本頁) 經滴部中央標準局負工消资合作社印$! 分 類 比較範例 範例1 電池1 電池2 電池3 電池1 電池2 電池3 尺寸變 化率 (%) 充電狀 1週期 7.2 6,9 7.1 4.3 4.5 4.2 50週期 7.3 6.8 7.1 4.4 4.3 4.1 100 週期 7.0 6.5 6.7 4.2 4.3 4.1 150 週期 6.8 6.4 6.5 4.0 4.1 4.0 放職 態 1週期 3.6 3.3 3.4 2.0 2,1 2.0 50週期 3.6 3.3 3.2 1.9 2.1 2.0 100 週期 3.7 3.4 3.1 1.9 1.9 2.0 150 週期 3.7 3.2 3.1 1.8 1.8 1.9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 10 A7 4371 1 1 B7 五、發明説明（8 ) 範例2 如第八圖所示*如比較範例所示之膠狀卷除了被插設 在一具有寬度34mm、高度48nm及厚度10mm之棟柱形容器中 夕卜，該稜柱形容器並具有由錫板所製成具凹入部之表面* 而且該銀板並被修飾沖壓成一具有0.3mm深度之凹凸不平 形狀。隨後並加入電解液*而且容器邊緣及蓋板間之接縫 並Μ雷射焊接以製成稜柱胗鋰離子電池。 玆對如比較範例中所製成之樓柱形鋰離子電池進行充 放電測試，其電池外測尺寸之量測值並被予以記錄。範例 2所示電池之外側尺寸變化係較低於使用習用容器所示比 較範例之接柱形鋰離子電池的外側尺寸變化，而且就算如 範例1所示一再經歷數週期，他們亦持縯顯示相同之结果 Ο 該阻抗量測值之結果則顯示：由於低電池電阻*該範 例2所示電池之電傅導率係較佳於該使用習用容器所示比 較範例之稷柱瑕鋰離子電池者。 甚至，比照比較範例所作之衝擊試驗*則該氣體排放 孔之蓮作將會延後•或是其在超過一分鐘時仍不會運作。 所以當與使用比較範例所示習用稷柱形容器之電池相比較 時，其即意味著因外在衝擊而致内部短路Μ產生氣體之量 將大大地減少。 範例3 如第-f——圖所示*如比較範例所示之滕狀卷除了被插 設在一具有寬度34mm、高度48mm及厚度10mm之梭柱形容器 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Λ4規格（2I0X 297公釐） 11 --------r裝---ii—.——訂------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本買) 經滴部中央標準局貝.X消费合作社印製 經濟部中央標準局f ΐ,消费合作社印？表 Λ37η 7 Α7 Β7 五、發明説明（9 ) 中外，該稷柱形容器並具有由紹板所製成具凹入部之表面 ，而且該錫板並被修飾沖壓成一具有0.3πιιη深度之帶狀。 随後並加入電解液*而且容器邊緣及蓋板間之接鏠並Μ雷 射焊接以製成稜柱形鋰離子電池。 玆對如比較範例中所製成之稜柱形鋰雛子電池進行充 放電測試*其電池外測尺寸之量測值並被予Μ記錄。範例 3所示電池之外側尺寸變化係較低於使用習用容器所示比 較範例之稜柱形鋰離子電池的外側尺寸變化，而且就算如 範例1所示一再經歷數週期，他們亦持縯顯示相同之結果 〇 該阻抗量測值之結果則顯示：由於低電池電阻，該範 例3所示電池之電傳導率係較佳於該使用習用容器所示比 較範例之稜柱形鍵離子電池者。 甚至*比照比較範例所作之衝擊試驗，則該氣體排放 孔之運作將會延後，或是其在超過一分鐘時仍不畲運作。 所Μ當與使用比較範例所示習用稷柱形容器之電池相比較 時*其即意味著因外在衝擊而致内部短路以產生氣體之量 將大大地減少。 本發明之稜柱肜鋰離子電池除了對電池本身提供一種 安全性之改良外，其藉著限制電池因內部電池壓力及電極 膨脹而致產生容積之變化亦可對電池包裝提供安全性之改 良。而此一結果乃因該JI寥狀卷係被裝置在一具有凹入部表 面之梭柱形容器中所達成者。 另外，本發明之棱柱形鋰離子電池係藉著減輕膠狀卷 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） 12 ---------R_------ΐτ------,^ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 五、發明説明（10 ) 之變形Μ改良該電池之壽命週期特性，其中該勝狀卷之變 形乃係因連續究放電對鍾離子電池膝狀卷形成膨脹及收縮 所造成者，所Μ該鋰金鼷乃可均句且穩定地與該膠狀卷吸 附在一起及與其相分離。 由於本發明係Κ參照該等最佳實施例詳細說明如上* 所以熟知該項技藝之人當知嘵任何改變及替代，均將未能 脫離本發明申請專利範圍所揭露之真意及範圍。 ---------裝^-------ίιτ-------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟.部中央標隼局Μ工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（2Ι0Χ 297公釐） 13

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 A3l^ ^ 々、申請專利範圍 1. 一種稜柱形鍾離子電池，其係包含： a) —鋰離子電池之膠狀卷； b) 電解液；及 c) 一稜柱形容器，該梭柱形容器係包含於該容器兩 端部間所設具有一個或一個Μ上凹入部之表面， 俾提供該膠狀卷及電解液容置其間。 2* 如申請專利範圍第1項所述之梭柱形鋰離子電池*其 中該稜柱形容器之凹入部係由其兩端部間所形成之一個或 一個以上之階層所構成，而該等階層之高度差則係在該鋰 離子電池厚度之0.1至30%間。 3. 如申請専利範圍第2項所述之稜柱形鋰離子電池*其 中該等階層之高度差係在該鋰離子電池厚度之0.5至10% 間。 4. 如申請專利範圍第2項所述之梭柱形鋰離子電池*其 中該等階層之數目係等於3。 5. 如申請專利範圍第1項所述之稷柱彫鋰離子電池，其 中於其兩端部間所設含有一涸或一個以上凹入部表面之棱 柱形容器乃係藉沖膣或彎曲一金屬板所製成者，而該金屬 板之形狀則係選自帶狀、圓形、矩形及不規則彤狀等所組 成之族群者。 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS)A4規格（210Χ297公釐） 14 ---------Γ^.-----^——ΪΤ------^--. (請先閲讀背面之注意事項再填寫冰頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 437” 7 骂 D8 六、申請專利範圍 6. 如申請專利範圍第1項所述之稷柱形趣雛子電池，其 中於:其兩端部間所設含有一個或一個以上凹入部表面之棱 柱形容器乃係藉沖壓或蠻曲一呈矩瑕之金屬板所製成者。 7. 如申請專利範圍第1項所述之稜柱形鋰離子電池，其 中該稜柱形容器之材料係選自不鏽鋼、鎳鋼板及鋁合金鋼 板所組成之族群者。 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 15 -----------nn - - 1 - - - -- - - ...... ' 一-aJis I s - - -- - -- - (請先閱讀背面之注意事項再填頁)