TWI293818B - Secondary battery employing battery case of high strength - Google Patents

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!293818 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具有高強度電池外殼的二次電池。 更加特別地，本發明係關於利用高強度電池外殼的二次電 ^對比習知電池’即使當將該電池曝露於外部物理衝擊 ^或用鋒利物品加壓時，該電池外殼能有效地減少入侵、點 燃或爆炸之風險。 【先前技術】 在第1圖及第2圖中所示，通常地，鐘離子聚合物電 ’其亦被稱為“袋裝蓄電池組”，由包括具有預定尺寸之 芸Z工間2a的外殼本體2;旋轉地連接在外殼本體2上之 及綸極板4b及隔離物薄片4c組成且 ;卜成本版2之接收部分2a上之電極裝配件4;自電 °衣配件4之陰極板4a及陽極板4b之末端在長度方向中 向外伸展之連接部分5 ;及連接在相應連接部分5上之陰 極端6及陽極端7構成。 水平地及在本體部分2之電極裝配件接收部分^之上 地緣上向外地形成用於熱封之具有預定寬度的伸展呷八 孔。另外，非導電終端帶8附於連接在 ^刀 上之，端6及陽極端7的中心部分，以當藉由連= 封外软本體2之伸展部分加及蓋子3之邊緣知护葙 封機（未顯示）與電極6及 寸、防熱 部分…與各自端:及7之：：：同時增加密封 1293818 因此，藉由在外殼本體2之接收部分2a中放置由陰極 板4a、1%極板4b及隔離物缚片4c組成之電極裝配件4 5 在接收部分2a中植入預定量之電解液，及使用熱封機（未 顯示）密封外殼本體2之伸展部分2b及蓋子3之邊緣3a 使得在蓋子3靠近外殼本體2之情況下不使電極洩漏來預 備電池。 • 於此，電極裝配件4之連接部分5連接在相應之使終 、 端帶8附於其之中心部分之電極端6及7上，且電極端6 φ 及7之某些部分及終端帶8在外殼本體2及蓋子3外部突 出。 同時，外殼本體2及蓋子3分別地由形成於導向尼龍 (ONy)膜上之夕卜塗層9a、由I呂（A1)形成之障壁層9b 及由鑄造聚丙烯膜（CPP)形成之内密封劑層9c構成，且 用熱溶層（未顯示）塗佈内密封劑層9c之邊緣，從而通過 熱封機之熱量及壓力使外殼本體2之伸展部分2b及蓋子3 之邊緣3a能在其間被接近地固定。 • 但是，由於當由該種外殼本體及蓋子構成之電池曝露 於物理衝擊或被鋒利物品加壓時其易受破壞，所以習知之 • ~ 由ONy之外塗層、鋁（A1)之障壁層及CPP之内密封劑層構 > 成之外殼本體及蓋子遭受到例如入侵、點燃或爆炸的問題。 【發明内容】 因此，在上述問題之觀點下形成本發明且本發明之一 目的為提供利用高強度電池外殼的二次電池，對比習知電 7 1293818 池，即使當將該電池曝露於外部物理衝擊或用鋒利物品加 壓時，該電池外殼能有效地減少入侵、點燃或爆炸之可能 性。 根據本發明之一態樣，藉由提供具有電極裝配件之二 次電池能完成上述及其它目的，該電極裝配件安裝於由薄 片構成之電池外殼中，該薄片由聚合物膜之外塗層、金屬 - 薄片之障壁層及聚烯烴材料之内密封劑層組成，其中障壁 、 層之金屬薄片由鋁合金形成、外塗層由聚乙烯石腦油 I (PEN)形成及/或對外塗層之外表面提供聚對苯二曱酸乙 二醇酯（PET)層，及其中該電池外殼具有超過6.5kgf之 釘子貫穿抗力。 因此，根據本發明之二次電池具有高強度之特性，在 某種意義上構造金屬薄片之障壁層以改良除了例如習知技 術顯示之預防材料進入或洩漏之模塊化功能之外的電池外 殼強度作為主要功能，及外塗層或其之外表面另包括額外 之樹脂層。 • 釘子貫穿抗力意味著根據刺破試驗FTMS 101C方法測 量之貫穿力。關於這一點，習知薄片類型電池外殼具有約 5.0kgf之釘子貫穿抗力，同時根據本發明之電池外殼具有 ^ 至少6.5kgf之釘子貫穿抗力，較佳地具有6.5至lO.Okgf 之釘子貫穿抗力且更較佳地具有7.0至8.5kgf之釘子貫穿 抗力。能表明當使用電池時，在上述範圍内之釘子貫穿抗 力將保證電池安全性能不顧多種釘子類似物構件可能對電 池破壞而被保障。 8 1293818 用於電池外殼之增強強度之障壁層具有2〇幻 之厚度。當^壁層之厚度太薄時，很難獲得所需之 礙及強度改良效果。相反地，當障壁層之厚度太厚時，可 導致處理能力之降低且薄片之厚度也會增加。 -組成障壁層之鋁合金顯示其之強度視合金成分種類而 不同，且其包括但不侷限於例如第8〇79, 1N3〇, ％的， • 3004,3005,3104及3105號之紹合金。可單獨使用該等銘 -、合金或使用任何其之合成物。以下之第1表揭示鋁合金成 分之種類及其之内容。除用於“其它，，之平衡為鋁之内容。 合金 編號. 化學成分 矽 鐵 銅 1 孟 鎂 辞 鈦 其它 8079 0.05-0.3 0.7-1.3 0-0.05 - - 0-0.1 - 0-0.15 1N30 0-0.7 0-0.1 0-0.05 0-0.05 0-0.05 - - 8021 0-0.15 1·2]·7 0-0.05 - - •- - 0-0.15 3003 0.6 0.7 0.05-0.2 Μ.5 - 0.1 - - 3004 0-0.3 0-0.7 0-0.25 1.0-1.5 0.8-1.3 0-0.25 - 0-0.15 3005 0.6 0.7 0.3 1-1.5 0.2-0.6 0.25 0.1 - 3104 0.6 0.8 0.05-0.25 0.8-1.4 0.8-1.3 0.25 0.1 - 3105 0.6 0.7 0.3 0.3-0.8 0.2-0.8 0.4 0.1 - <第1表> 在上述鋁合金中，特別地較佳地運用鋁合金8079,

即使使用PEN膜作為外塗層及可選擇地對外 表面增加PET層，但是上迷所需釘子貫穿抗力可 該寻層至少其中之—層而達成。另外，合作應用 PET層可更加強電池外殼之強度。 1293818 1N30, 8021及3004作為障壁層之金屬薄片。 外塗層之聚合物膜較佳地具有5至40μηι的厚度。當 膜厚度太薄時，很難狻得預定強度。相反地，當膜厚度太 厚時，可能導致薄片之厚度增加。如上文描述，本發明中 之外塗層之聚合物膜可視情況地由ΡΕΝ形成或可較佳地由 導向尼龍膜形成。 當可選擇地將PET層加到外塗層之外表面時，ρΕ丁層 較佳地具有5至30μΐη之厚度。當膜厚度太薄時，报難^ 由PET層之添加達到強度改良之效果。相反地，當膜厚度 太厚時，薄片之厚度被不合需要地增加。 、予又 塗層之外 藉由應用 PEN膜及 非特別限制電極裂配件，且因此其亦可為果 ί積層t類型。另外，對構成電極裝配件沒有特型 只要能在根據本發日3 2 限制， ^ 明之电池外殼中安裝。例如，萨、$ 離子電池、鐘離子聚合物電池及《合物電池。b運用趣 【實施方式】 =中t考附圖將更加詳盡地描述本發明。 Θ不％、丨生地顯示根據本發明之使用由言從 構成^電料殼的二找以分解魏®。度薄片 /考第3圖’根據本發明之電池上，其相似於第1圖 10 1293818 中之電池，具有其中在電池外殼中安裝電極裝配件4之結 構，該電池外殼由具有形成於其中之接收部分2a的外殼本 體2及在外殼本體2之一端上旋轉地及整體地形成之蓋子 3構成。 外殼本體2及蓋子3形成薄片之電池外殼9，該薄片 由聚合物膜之外塗層9a、金屬薄片之障壁層9b及聚烯烴 材料之内密封劑層9c組成，其中對外塗層9a之外表面具 有極佳之抗張強度、衝擊強度及耐久性之PET層9d。 用導向之尼龍膜〇Nyl5或ONy25形成外塗層9a之 聚合物膜。於此，ONy之右後綴之數字代表厚度。可用具 有極佳之抗張強度、衝擊強度及耐久性之PEN形成外塗層 9a ° 障壁層9b之金屬薄片由第8079，1N30，8021或3004 號銘合金形成。 内密封劑層9c由鑄造聚丙烯膜（CPP)形成及具有30 至150 μιη之厚度。 能用不同方式構造本發明之電池中之組成電池外殼的 薄片。 例如，藉由順序地堆疊構造被其間焊接之各自層之膜 及金屬薄片能製造薄片。通過乾式積層或擠出式積層加工 法能完成焊接。乾式積層為含有在兩種材料之間應用黏合 劑，使用加熱輥在高於室溫及大氣壓力之溫度及壓力下烘 乾及焊接兩種材料的方法。另外，擠出式積層加工法為含 有在兩種材料之間應用黏合劑及使用壓力輥在低於預定壓 1293818 力之室溫下焊接兩種材料。 範例 現在，參考以下範例將詳細地描述本發明。提供該等 範例僅供闡述本發明且不應被解釋為限制本發明之範圍及 精神。 [範例1至範例4及比較範例1] • 根據以下第2表中給出之合成物分子式製造薄片。使 ' 用這樣製成之薄片，通過乾式積層製造具有第3圖中所示 φ 之結構之袋裝類型電池外殼。 <第2表> 薄片之結構 比較範例 1 ONy25 B A140(8079) C CPP45 範例1 PET 15 A ONy25 B A180(1N30) c CPP60 範例2 PET15 A ONy25 B A180(8021) c CPP50 範例3 PEN12 B All 00(3004) c CPP30 範例4 PEN12 B A1100(8021) c CPP50 注意：PET、ONy、PEN、A1及CPP右侧後綴之數字 代表厚度。 如第3圖中所示，在各自之電池外殼上安裝積層類型 電極裝配件且在電解液中浸入所得之結構。接著，在其間 熱封外殼本體及蓋子從而製造袋裝類型蓄電池組電池。 在FTMS 101C條件下使用電池貫穿試驗設備（UTM 檢測器）測量這樣製成之蓄電池組電池之釘子貫穿抗力。 在以下第3表中給出這樣獲得之結果。以上設備上之釘子 12 1293818 貫穿抗力被表示作為當釘子類似物構件藉由在蓄電池組電 池之上表面上擠壓該構件貫穿電池外殼時測得之力。 <第3表> 貫穿力（kgf) 比較範例1 5.0 範例1 8.3 範例2 8.5 範例3 6.8 範例4 7.0 如能自第3表看出，經證實在5.0kgf之力下釘子類似 物構件可貫穿習知電池（比較範例1)，同時本發明之所有 電池（範例1至範例4)顯示具有超過6.5kgf之貫穿力。 因此，能看出本發明之電池不輕易在電池使用中，以不同 釘子類似物之衝擊貫穿且因此能保障電池安全性。另，經 證實範例1及範例2之電池特別地顯示極佳地機械強度， 其中PET層被加至外塗層之外表面。 工業應用性 ‘ 自以上之描述能明白，藉由具有鋁（A1)合金之障壁 層及PEN外塗層及/或額外PE丁層，本發明之電池達到高 機械強度。因此，對比習知電池，由於有效地減少入侵、 點燃或爆炸之可能性，即使當將電池曝露於外部物理衝擊 或用鋒利物品加壓時，亦具有極佳之安全性。 雖然已經揭示本發明之較佳具體實施例為闡述之用， 但是熟悉此項技術者應理解不背離在附屬申請專利範圍中 13 1293818 揭示之本發明之範圍及精神的情況下，不同之修改、增加 及替代為可能。 【圖式簡單說明】 自詳盡之描述與附圖一起將更加清楚地理解本發明之 以上及其它目標及其它優勢，其中： V 第1圖示意性地顯示根據習知技術之袋裝類型鋰離子 • 聚合物電池之分解透視圖及部分放大截面圖； φ 第2圖示意性地顯示在被裝配狀態下之第1圖之電池 的透視圖；及 第3圖示意性地顯示根據本發明之一具體實施例之袋 裝類型鋰聚合物電池的分解透視圖及部分放大截面圖。 【主要元件符號說明】 1 裡離子聚合物電池 2 外殼本體 • 2a内部空間/接收部分 " 2b伸展部分 / 3 蓋子 • 3 a邊緣 4 電極裝配件 4a陰極板 4b陽極板 4c隔離物薄片 14 1293818 1 5 連接部分 6 陰極端 7 陽極端 8 終端帶 9 電池外殼 9a外塗層 • 9b障壁層 ， 9c内密封劑層 9d PET 層

Claims (1)

1293818 年、i月

十、申請專利範圍： 1· 一種具有電極裝配件之二次電池，該電極裝配件安裝於 由薄片構成之電池外殼中，該薄片由聚合物膜之外塗 層、金屬薄片之障壁層及聚烯烴材料之内密封劑層組 成，其中障壁層之金屬薄片由鋁合金形成、外塗層由聚 乙烯石腦油（PEN)形成，及其中該電池具有6·5至 10.0kgf之釘子貫穿抗力，並自第8079、1Ν30、8021、 3003、3004、3005、3104、3105號之鋁合金及其任何 組成物組成中選擇鋁合金。 2·如申請專利範圍第丨項之二次電池，其中該障壁層具有 20至150μιη之厚度。 3. 如申請專利範圍第i項之二次電池，其中自由第8〇79、 1N30、8G21、3G04號之合金及其之任何組成物組成 之組中選擇鋁合金。 4. 如申請專利範圍第j項之二次電池，其中該外塗層具有 5至40μπι之厚度。 < S 16 -1293818 1 十一、圖式: 扑年u月（d:.D

第一圓 Ϊ293818

第三圖