TW522590B - A secondary lithium battery construction for improved heat transfer - Google Patents

Description

522590 A7 __B7 五、發明説明（丨 ) 發明範圍 本發明指向一種二次的、鋰電池的構造。 發明背景 鋰離子或二次鋰電池是習知的。見：Linden, D.編輯之 “ Handbook of Batteries” 第二版，McGraw Hill Inc” New York, NY (1995)，第 3 6 章；及 Besenhard，J.〇.編輯之 “ Handbook of Battery Material” ，Wiley-VCH Verlag GmbH，New York，NY (1999)。這些電 池是用在1攜帶電子裝置電力源技藝的情形，如：桌上型電 月甾，蜂巢式電話，及其類似者。而這些電池已享有極佳的 安全記錄，增進其安全性正在繼續努力。 安全性要考量的起因是來自於，例如，由於熱崩潰情形 的電池損壞。電池組成，電解質及含電極的鋰被密封裝在 金屬罐中。f在熱崩潰中，產生在電池中的熱會升高電解質 及鋰電極的溫度超過它們的燃燒溫度\見：Hatchard，T.D.等 人''Importance of Heat Transfer by Radiation in Li-ion Batteries during Thermal Abuse” ，Electrochemical and Solid State Letters, vol. 3，ηο·7, p.305-308 (2000)，併入本文做為參考。 熱崩潰可以從許多不同情況產生，但是那些在本文所關 心的是來自“誤用”（或“熱的誤用”）。誤用以許多標準 測試包括“釘穿”測試，“壓碎”測試，及“短路”測 試。例如，見 UL1642-裡電池標準（Underwriters Laboratories Inc.， 1st Edition 10/1985 及2nd Edition 11/1992);及 “Guideline for Safety Evaluation on Secondary Lithium Cells ，Japan Storage Battery Association，Tokyo, Japan (1995)，兩者都併入本文中做為參考。 -4 - ^紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) 一 522590 A7 ___ B7 五、發明説明（2 ) 在糾面提到的前兩個測試，電池因為本體上的損壞發生陽 極與陰極接觸（短路）而導致熱崩潰。在後者測試中，陽極 與陰極在電性上外接耦合（短路）而導致熱崩潰。 在短路的電池中，一局部熱點開始形成在電池中。該熱 加速在電池内化學反應（經過電解質之陽極與陰極間）的進 行而其產生一熱擴大的情況（熱的產生也是快速的，例 如，幾秒）應該避免因為會有可能的不利後果。該可能的 不利後桌與重要的熱傳出電池是習知的。見：Hatchard，同 上在Hatchard文中，一種標籤貼在封裝（罐）外部是用來改 善從罐子的熱傳。該標籤是用來調整該罐子的内部溫度。 在傳統二次鋰電池中（不是圓柱就是角柱狀的），在陽極 與陰極之間的微孔隙隔離膜皮膜在插入封裝（罐）之前沿著 彎曲的陽極，陰極，隔離膜之外部包裹好幾層。這些增加 的隔離膜包袭作用為絕、纟豕體（熱及電的）。該電極包括一電 極活化混合料及一電流收集器。該電流收集器用做負電極 (陽極）是一銅箔。該電流收集器用做正電極（陰極）是一鋁 箔。該罐子是由鐵基材料（例如，鋼）或鋁製造而成。在傳 統圓柱狀電池，例如，一種18650 ( 1 8 mm直徑與65 mm 長），最接近罐子内表面的電極是負電極（陽極），具有一銅 落電流收集器，由鐵基材料製造的罐子本體是電池的負 端，而罐蓋是正極端。在傳統角柱狀電池，已知有兩種結 構。、第-種，最接近罐子内表面（即鐵基）的是負電極（即銅 電泥收集器）。第二種最接近罐子内表面（即链）的是正電極 (即鋁電流收集器)。

522590 A7 B7 五、發明说明（3 ) 發明概述 本發明指向二次麵電池。該電池包括一負電極，一正電 極，一隔離膜夾在二明治形式的電極間，一電解質浸潰該 隔離膜及以流體連繫電極間’與採用一金屬封裝包含電 極、隔離膜、及電解質。電極之一是與封裝做熱接觸。 附圖說明 為了說明本發明的目的，在附圖所示是目前較佳的形 式，然而1，應該暸解本發明不是僅限定所示的精確安列與 手段而已。 圖1是一種先前技藝的電池之橫截面圖示。 圖2是一種根據本發明製造的電池之橫截面圖示。 圖3是一種根據本發明製造的電池之爆炸圖示。 圖4是一種先前技藝與本發明電池的功能（電壓與溫度） 做為時間函數之圖示說明。 本發明詳細說明 在此參考的相關電極、電解質及隔離膜，每一個是傳統 的設計或結構。此種資訊是習知此項技藝之人士所知的。 例如，見：Linden，D.編輯之 “Handbook of Batteries” 第二版， McGraw Hill Inc” New York，NY (1995)，第 3 6 章；及 Besenhard，J.O· 編輯之 “Handbook of Battery Materials” j Wiley-VCH Verlag GmbH, New York, NY (1999)，例如，§ 2.6，2.7及其類似者，兩者併入 在此做為參考。 本發明揭露為方便起見以圓柱狀電池做參考，但其並非 即限於此同時也可以應用到角柱狀電池。 ____________^__ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐）

裝

▲ 522590 五、發明説明（4 >考附圖其中相似數字表示相似單元如圖1所示，一種 先則技蟄的電池1 0包括一罐子1 2以蓋子1 4密封。一隔離 膜16沿一“膠卷”包裹及與罐子12之内表面接觸。一皺摺 線1 8 ’當電池彎曲時因隔離膜1 6本身重疊所產生，以一傳 統的帶片2 0加以固定。 在圖2中，說明本發明。電池30由一罐子12與一密封蓋 子1 4所組成。金屬片3 2，典型地是一銅箔（即電流收集器） 在其上已以傳統方式散佈負電極材料或電極活性混合料 (沒表示出來，而是傳統的），是與罐子丨2内表面做熱接觸 (例如，直接物理的接觸）。 參考圖3 ’本發明的電池3 0以一爆炸圖面說明。除了負 電極38長於隔離膜40或正電極42以外，膠卷36以傳統方 式敗迨。因此，當膠卷完全彎曲時，負電極3 8的銅電流收 集奋3 2是可看到的。該膠卷3 6被插入罐子i 2中，以致電 極=的收集器32與罐子12内表面做熱接觸。標帶〇可: :習知方法焊到罐子12及因而提供良好的電接觸，如同標 ▼ 46可以焊到罐蓋丨4以提供良好的電接觸一般。在一角柱 狀電池中，一銅電流收集器將與罐子接觸或一鋁電流收集 器將與罐子接觸。 $ 電流收集器32是一極佳的熱導體，以致在膠卷％内部所 產生的熱可以有效地傳至金屬罐12的外表面。 熱傳的改進參考圖4可得最佳瞭解。在圖4中，說明先前 技蟄電池與本發明電池的功能（電壓與溫度）。左手邊垂直 軸表示電壓（伏特）為時間（在水平軸為秒）的函數。右手邊 _ _(CNS) A規格⑼㈣97公爱)_ 了 ------ 522590 A7

垂直軸說明溫度（攝氏）為時間（在水平軸為秒）的函數。 先前技藝電池的功能以線5 〇，5 2及5 4做說明。線5 〇說 明電池經釘穿（❹，測試方法UL1642)之後電壓做為時間 的函數。線5 2說明在膠卷中心的溫度做為時間的函數。線 5 4說明在罐子外表面的溫度做為時間 壓5。下降，兩者之溫度線上升，但内部溫度二卜部 54比較則上升更快。線52與54之差別表示熱沒有從電池 好好消散。回顧^，其中隔離膜16，—種塑膠絕緣體， 是與罐子12接觸。 本發明電池的功能以線60，62及64做說明。線6〇是電 壓’線52是内部溫度’以及線64，是外部溫度。注音; 62與64之間的差別小於先前技藝電池所示 電池小的溫度差別表示當電流收集器與罐 ^ 從電池有較佳的熱消散。 、罐子做熱接觸時’ 本發明可以具體實施成其他特殊的 關的原理以及，據此，除了前面說明 範圍也應做為參考來表示本發明的範 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4規格(210 X 297公釐） /式而不偏離在此相 之外所附的申請專利 圍。

裝 訂

Claims (1)

1. 522590 A B c D 々、申請專利範圍 1. 一種二次鋰電池包括： 一負電極， 一正電極， 一隔離膜以三明治形式夾在該電極之間， 一電解質浸潰該隔離膜及以流體連繫該電極， 一金屬封裝被採用包含該電極、該隔離膜、及該電解 質，及 一該電極係與該封裝做熱接觸。 2. —種可再充電二次鋰電池，其具有一負電極，一正電 極，一隔離膜以三明治形式夾在該電極之間，一電解質 浸潰該隔離膜及以流體連繫該電極，及一種金屬封裝被 採用包含該電極、該隔離膜、及該電解質，其中該種改 良包括： 一該電極係與該封裝做熱接觸。 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)